Электромагнитный преобразователь расхода

Авторы патента:

G01F1/58 - электромагнитными измерителями скорости потока

Владельцы патента RU 2618584:

Акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" (RU)

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах учета количества теплоты, переносимой электропроводящими жидкостями, их объема и массы, а также контроля и регулирования объемного и массового расхода. Электромагнитный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий индуктор 2 и трубопровод 3 с электродами 4, соединенными с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с входом микроконтроллера 6. Схема содержит также мостовой коммутатор тока 7, выходы которого соединены с индуктором 2, а входы управления с выходами микроконтроллера 6. Мостовой коммутатор тока 7 питается от источника тока 8, одним из выходов соединенного с мостовым коммутатором 7, а другим выходом с одним из концов датчика тока 9 и входом усилителя 10, выход которого соединен с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя 5, причем другой конец датчика тока 9 соединен с общей точкой схемы. Технический результат – обеспечение независимости погрешности измерения расхода от нестабильности тока питания индуктора за счет того, что на вход внешнего опорного сигнала АЦП подается усиленное до нормированного значения напряжение с датчика тока, относительно которого происходит преобразование в АЦП, при этом происходит автоматическое деление зависящих от тока питания индуктора входного сигнала и сигнала с датчика тока, включенного в цепь питания индуктора; при этом результат деления не зависит от тока питания индуктора, а за счет деления входного сигнала на опорный сигнал в одном измерительном цикле не снижается быстродействие и выход источника тока питания индуктора из режима стабилизации не ухудшает точность и динамический диапазон измерения. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах учета количества теплоты, переносимой электропроводящими жидкостями, их объема и массы, а также контроля и регулирования объемного и массового расхода.

Известен электромагнитный расходомер [1], в котором уменьшение погрешности измерения при нестабильном токе возбуждения индуктора достигается за счет стабилизации коэффициента передачи измерительного тракта. Расходомер попеременно работает в режимах измерений и автоматической калибровки. В режиме измерений сигнал с выхода первичного преобразователя расхода через коммутатор, преобразователь сигнала, регулятор и первое устройство выборки хранения поступает на индикатор. В режиме автоматической калибровки опорный сигнал с выхода преобразователя тока в контрольный сигнал через коммутатор, преобразователь и регулятор поступает на вход схемы сравнения, на другой вход которой поступает образцовое напряжение с источника опорного напряжения. Напряжением с выхода схемы сравнения через второе устройство выборки-хранения регулируется коэффициент передачи регулятора коэффициента передачи.

Недостатком этого устройства является сложность конструктивного исполнения и снижение быстродействия за счет попеременного измерения сигнала с преобразователя расхода и автоматической калибровки измерительного тракта.

Известен электромагнитный преобразователь расхода [2], в состав которого входит первичный преобразователь, содержащий индуктор и электроды, и вторичный измерительный преобразователь, который, в свою очередь, содержит предварительный усилитель, формирователь тока питания индуктора, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикатор, источник опорного напряжения, формирователь модулирующего сигнала и модулятор опорного напряжения. Задачей этого преобразователя является уменьшение погрешности измерения расхода за счет устранения взаимного влияния электромагнитного поля индукторов расходомеров, расположенных вблизи друг от друга.

Недостатком устройства является зависимость погрешности измерения от нестабильности тока питания индуктора, которая обусловлена отклонением активного и индуктивного сопротивления индуктора под воздействием внешних факторов, что приводит также к снижению динамического диапазона измерения расхода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнитный расходомер [3], в состав которого входит первичный преобразователь, содержащий индуктор и электроды, измерительный аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, мостовой коммутатор тока, схема управления мостовым коммутатором, датчик тока и дополнительный аналого-цифровой преобразователь, служащий для контроля тока через индуктор и напряжения на индукторе, что обеспечивает определение величины отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивления индуктора, определенных программно-аппаратным образом по указанным значениям напряжений на индукторе от предустановленных в памяти их эталонных значений.

Недостатком приведенного электромагнитного расходомера является зависимость мгновенного значения измеряемого расхода от отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивления индуктора и, как следствие, нестабильность тока питания индуктора и увеличение погрешности измерения. Контроль параметров индуктора и сравнение с предустановленными в памяти эталонными значениями может повысить точность, если включить его в измерительный цикл и проводить непрерывную коррекцию результатов измерения расхода с учетом полученных значений параметров индуктора. Однако при этом удлиняется измерительный цикл и снижается быстродействие, а в погрешность измерения расхода будет входить погрешность преобразования дополнительного аналого-цифрового преобразователя. Кроме того, увеличение активного сопротивления индуктора под воздействием температуры окружающей среды может привести к выходу источника тока из режима стабилизации, что также приведет к увеличению погрешности и уменьшению динамического диапазона измерения расхода.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности без снижения быстродействия и ухудшения динамического диапазона измерения.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь расхода, измерительный аналого-цифровой преобразователь, мостовой коммутатор, источник тока, датчик тока, микроконтроллер, введен усилитель напряжения с датчика тока, выходом соединенный с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя.

На рис. 1 приведена структурная схема электромагнитного преобразователя расхода (ЭПР), на рис. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Электромагнитный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий индуктор 2 и трубопровод 3 с электродами 4, соединенными с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с входом микроконтроллера 6. Схема содержит также мостовой коммутатор тока 7, выходы которого соединены с индуктором 2, а входы управления с выходами микроконтроллера 6. Мостовой коммутатор тока 7 питается от источника тока 8, одним из выходов соединенного с мостовым коммутатором 7, а другим выходом с одним из концов датчика тока 9 и входом усилителя 10, выход которого соединен с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя 5, причем другой конец датчика тока 9 соединен с общей точкой схемы.

Устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 выдает на выходах 1 и 2 сдвинутые относительно друг друга тактирующие импульсы, поступающие на входы управления мостового коммутатора тока 7 (см. диаграммы U1 и U2). В соответствии с тактирующими импульсами на индукторе формируются двуполярные импульсы (см. диаграмму U_пи), а на конце датчика тока 9, соединенном с входом усилителя 10, импульсы одной полярности, которые после усиления до номинального значения опорного сигнала АЦП (см. диаграмму U_oп) поступают на вход внешнего опорного сигнала АЦП 5, относительно которого происходит нормирование измеряемого сигнала.

Сигнал U_oп определяется следующее формулой:

где I_инд - ток питания индуктора,

R - сопротивление датчика тока,

К_оп - коэффициент преобразования усилителя сигнала с датчика тока.

Напряжение на электродах имеет ту же форму, что и сигнал на индукторе (см. диаграмму U_вх), а амплитуда пропорциональна расходу и току питания индуктора и определяется следующей формулой:

где Q - объемный расход,

K_п - коэффициент преобразования первичного преобразователя.

При протекании тока через индуктор, когда сигнал с электродов принимает установившееся значение, микроконтроллер 6 с выхода 3 выдает в АЦП сигнал на запуск преобразования, по окончании которого с входа 4 считывает с АЦП код, пропорциональный расходу. Значения и при протекании тока через индуктор в положительном и отрицательном направлениях имеют вид

где n - разрядность АЦП.

После подстановки в (3) и (4) выражений (2) и (3) получим следующие формулы для значений кодов АЦП при протекании тока через индуктор в положительном и отрицательном направлениях:

где Q⁺ - объемный расход при протекании тока через индуктор в положительном направлении

где Q^- - объемный расход при протекании тока через индуктор в отрицательном направлении.

Из выражений (5) и (6) следует, что значения кода и и, следовательно, объемный расход не зависят от тока питания индуктора.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения расхода без снижения быстродействия и уменьшения динамического диапазона измерения.

Источники информации

1. Электромагнитный расходомер. Изобретение RU 1656328.

2. Электромагнитный расходомер. Патент РФ №2489684.

3. Электромагнитный расходомер и способ контроля измерения расхода текучих сред. Патент РФ №2529595.

Электромагнитный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь расхода, электроды которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а индуктор с выходами мостового коммутатора, источник тока, датчик тока, микроконтроллер, отличающийся тем, что в него введен усилитель, вход которого соединен с датчиком тока, а выход с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя.

Магнитный расходомер с множественными катушками // 2615205

Изобретение относится к измерению расхода с помощью магнитных расходомеров. Магнитный расходомер (102) для измерения расхода рабочей текучей среды включает в себя расходомерную трубу (108), выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды.

Магнитно-индуктивный расходомер, в частности, для использования в условиях высокого давления // 2610043

Изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру, в частности, для использования в условиях высокого давления при давлении среды свыше 51 бар, также к способу монтажа системы крепления электрода.

Магнитный расходомер // 2605004

Изобретение относится к магнитному расходомеру (300) для измерения потока технологической текучей среды. Расходомер включает в себя трубку (200, 319), выполненную с возможностью пропускать через себя поток технологической текучей среды.

Цельноформованный магнитный расходомер // 2604269

Изобретение относится к расходомерам такого типа, которые используются для регистрации и измерения расхода технологического флюида на предприятиях производственного процесса.

Электромагнитный расходомер // 2599766

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах, преимущественно в квартирах или иных других личных или служебных помещениях.

Электромагнитный расходомер // 2599283

Изобретение относится к области измерения расхода электромагнитным методом. Предлагается электромагнитный расходомер с прямоугольным поперечным сечением канала, у которого на каждой стенке, параллельно расположенной магнитному полю, устанавливается не менее трех электродов, контактные поверхности которых имеют круглую форму, диаметром менее 1/10 ширины стенки канала, причем все электроды расположены на равном расстоянии между собой по линии пересечения поверхности стенки с плоскостью центрального поперечного сечения канала.

Электромагнитный расходомер // 2596863

Изобретение относится к электромагнитным расходомерам для измерения расхода высокотемпературных, коррозийных, проводящих текучих сред, протекающих в канале, таком как труба или желоб.

Магнитно-индуктивный расходомер // 2594620

Представлен и описан магнитоиндуктивный расходомер (1) по меньшей мере с одной измерительной трубкой (2), по меньшей мере с одним имеющим магнитную цепь устройством (3a, 3b) для реализации магнитной цепи и по меньшей мере с двумя электродами (4) для регистрации измеряемого напряжения, причем измерительная трубка (2) имеет впускной участок (2a), примыкающий к впускному участку (2a) измерительный участок (2b) и примыкающий к измерительному участку (2b) выпускной участок (2c), причем поперечное сечение (AM) потока измерительного участка (2b) меньше как обращенного к входному отверстию поперечного сечения (AE) потока впускного участка (2а), так и меньше обращенного к выходному отверстию поперечного сечения (AA) потока выпускного участка (2c), и причем электроды (4) расположены на противоположных электродных участках (5a, 5b) или внутри них на измерительном участке (2b) измерительной трубки (2).

Магнитный расходомер жидкого металла // 2591277

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Усовершенствованная конфигурация магнитного сердечника для магнитных расходомеров // 2618753

Описана сборка расходомерного трубопровода для магнитного расходомера (150). Сборка расходомерного трубопровода включает в себя расходомерный трубопровод (156), выполненный с возможностью приема потока технологической текучей среды через него. Магнитный сердечник (152) устанавливается относительно расходомерного трубопровода (156) и включает в себя стержень (157), проходящий от расходомерного трубопровода (156) до пары ответвлений. Каждое из ответвлений (153, 155) проходит в сторону от стержня (157). Бобина (182), имеющая множество магнитных обмоток (164), располагается вокруг стержня (157) и отделяет множество обмоток (164) от расходомерного трубопровода (156). Технический результат – сокращение количество деталей конструкции расходомерного трубопровода с упрощением тестирования и диагностики устройства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Измерительное устройство электромагнитного расходомера // 2620194

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерению расхода жидкости электромагнитным расходомером. Устройство относится к измерительным устройствам электромагнитных расходомеров и содержит электрически соединенные между собой блок питания, коммутатор питания катушек первичного преобразователя расхода, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер и интерфейс внешней связи и выдачи результатов измерений, и может быть использовано для измерения расхода токопроводящей жидкости. Согласно изобретению устройство включает в себя электронные аналоговые ключи подключения электродов первичного преобразователя расхода, установленные на входе измерительного устройства, входы управления которыми подключены к выходу микроконтроллера, который выполнен с возможностью управления электронными аналоговыми ключами. Технический результат – повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых расходов при одновременном повышении достоверности результатов измерений и надежности работы устройства. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Электромагнитный расходомер для больших водоводов // 2620334

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода воды в больших водоводах прямоугольной формы, применяемых на ГЭС. Водовод выполнен из железобетона, он имеет канал прямоугольного поперечного сечения размерами до 20/6 м. Номинальный расход воды составляет порядка 500 м3/с. Предлагаемый электромагнитный расходомер имеет прямоугольный канал, размеры которого равны размерам канала турбинного водовода. В канале водовода имеется ниша прямоугольного поперечного сечения, она выполнена по всему периметру прямоугольного канала водовода глубиной не менее 100-200 мм, в нее помещен индуктор и электроды. Для того чтобы не создавались дополнительные препятствия потоку, внешняя поверхность электроизоляционной футеровки выполнена заподлицо с поверхностью канала водовода. Мерой расхода жидкости является сумма разностей потенциалов всех пар электродов. Технический результат – создание расходомера с повышенной точностью измерения расхода с изменяющейся структурой потока, обеспечение высокой точности измерения и независимости показаний от структуры потока. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ контроля исправности электромагнитного расходомера и электромагнитный расходомер с функцией самоконтроля // 2631012

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам) электропроводящих сред. Способ контроля измерений расхода текучих сред заключается в том, что дополнительно к измерению величины расхода жидкости измеряют время переходного процесса при включении или выключении тока в индукторе и по этому времени судят о исправности расходомера и об отсутствии внешних помех, влияющих на точность измерений. Предлагается несколько вариантов способов осуществления контроля исправности электромагнитного расходомера и несколько вариантов электромагнитного расходомера, осуществляющие предлагаемые способы. Технический результат - повышение достоверности распознавания отказов компонентов расходомера и влияния внешних помех на точность измерений и, как следствие, повышение точности измерений, расширение диапазона измерений и спектра применения устройства. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ контроля измерения расхода текучих сред электромагнитным расходомером // 2631916

Способ контроля измерения расхода текучих сред электромагнитным расходомером относится к области измерительной техники и может быть использован, в частности, для измерения электропроводящих текучих сред в трубопроводах, а также в счетчиках воды и других жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что периодически измеряют напряжение, пропорциональное току, через катушки электромагнита в режиме установившегося тока и напряжение на катушках во время переходного процесса, одновременно с измерением напряжения во время переходного процесса измеряют ток в катушках, по которому определяют падение напряжения на активном сопротивлении катушек, а индуктивность определяют на основе вычисления разности напряжений на катушках и на их активном сопротивлении. Полученное значение индуктивности сравнивают с заранее предустановленным эталонным значением. Технический результат - повышение достоверности контроля наличия посторонних магнитных полей. 1 ил.

Определение режима течения для адаптации модели потока // 2632249

Изобретение относится к способам и устройствам для определения расхода потока и/или фазного элемента различных компонентов в потоке многофазного флюида. Датчик многофазного расходомера задействуется для определения физической характеристики, относящейся к потоку многофазного флюида в канале многофазного расходомера. Стационарность потока многофазного флюида определяется на основании обнаруженной физической характеристики в фактических условиях по сравнению с ожидаемым шумом датчика в условиях стационарного потока. Переменную модели потока выбирают из множества переменных модели потока на основании содержания газа в потоке многофазного флюида и обнаруженной стационарности. Затем поток многофазного флюида моделируют посредством настройки выбранных переменных модели потока. Технический результат – обеспечение устройства и способов адаптации и/или настройки вычисления с целью определения расходов многофазного потока многофазных флюидов на основании распознания режима течения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Индукционный расходомер жидкого металла // 2643691

Индукционный расходомер относится к электромагнитным устройствам для измерения жидких металлов по степени деформации магнитного поля в канале трубы. Индукционный расходомер жидкого металла, основанный на измерении степени деформации магнитного поля в канале, обусловленной движением жидкого металла, содержит первичный преобразователь и измерительное устройство, причем первичный преобразователь имеет трубу, индуктор, создающий магнитное поле в канале трубы, две встречно включенные индикаторные катушки, воспринимающие деформацию эпюры магнитного поля, и, по крайней мере, две силовые катушки, производящие обратную деформацию эпюры магнитного поля. Первичный преобразователь имеет два электрода, приваренных к наружной поверхности трубы, расположенных диаметрально противоположно по линии перпендикулярной оси канала и направлению магнитного поля, и подсоединенных ко входу измерительного устройства, причем разность потенциалов между электродами, измеряемая измерительным устройством, служит мерой расхода жидкого металла. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкого металла.

Способ и устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров // 2645834

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода электропроводящих жидких сред с помощью электромагнитного расходомера с погружными датчиками локальной скорости. В устройство введены формирователь тока, датчик тока на основе опорного прецизионного резистора и пассивного фильтра на чип-резисторах, кнопочная четырехклавишная клавиатура. Способ определения расхода в трубопроводах больших диаметров ≥300 мм заключается в измерениях локальной скорости потока контролируемой жидкости в трех точках, которые размещены на фиксированной глубине погружения, путем возбуждения знакопеременного магнитного поля, формирования информационного сигнала по измеренной величине ЭДС, определения значения локальной и средней скорости и значения объемного расхода. Предлагаемое устройство и способ позволяют повысить точность, стабильность, а также расширить динамический диапазон измерения расхода жидкости в трубопроводах больших диаметров за счет способа обработки информационных сигналов при помощи метода формирования информационного разностного сигнала. Для защиты устройства от внешних электромагнитных помех, внутренних синфазных помех и земляных токов общая шина питания устройства изолирована от местного защитного заземления. Для повышения точности измерений локальной скорости контролируемого потока жидкости и снижения себестоимости используют простой метод статистической обработки, который может быть реализован в недорогом микропроцессоре, использованном в заявляемом устройстве. Например, метод усреднения с исключением выбросов, по которому отбрасывают максимальное и минимальное значение оцифрованного информационного сигнала, оставшиеся n-2 значения данного сигнала усредняют, при этом полученное после усреднения значение оцифрованного информационного сигнала запоминают в оперативной памяти устройства и используют в дальнейших вычислениях. Технический результат - повышение точности измерения расхода электропроводящей жидкости, сбережение электрической энергии и расширение области применения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Узел расходомерной трубы магнитного расходомера со сменным модулем гильзы/электрода // 2647555

Предлагается узел (10) расходомерной трубы для магнитного расходомера. Узел (10) расходомерной трубы содержит трубу (12), проходящую от первого монтажного фланца (14) до второго монтажного фланца (16). Каждый из первого и второго монтажных фланцев (14, 16) имеет поверхность (15, 17), обращенную к фланцу трубопровода, для крепления к соответствующему фланцу трубопровода. Камера (42) катушки расположена снаружи трубы (12) между первым и вторым монтажными фланцами (14, 16). Камера (42) катушки имеет по меньшей мере одну катушку (40), расположенную внутри камеры и выполненную с возможностью генерировать магнитное поле внутри трубы (12). Модуль (22) гильзы/электрода расположен внутри трубы (12) и имеет неэлектропроводную гильзу, по меньшей мере один электрод (50, 51) и по меньшей мере один проводник (76, 78) электрода. Неэлектропроводная гильза проходит от первого монтажного фланца (14) до второго монтажного фланца (16). По меньшей мере один электрод (50, 51) расположен в неэлектропроводной гильзе для взаимодействия с электропроводной технологической текучей средой. Проводник (76, 78) электрода проходит от по меньшей мере одного электрода (50 51) до соединительного вывода (24), расположенного рядом с обращенной к трубопроводу поверхностью фланца одного из первого и второго монтажных фланцев (14, 16). Модуль (22) гильзы/электрода выполнен с возможностью позиционирования в трубе (12). Технический результат – возможность замены узла гильзы/электрода без привлечения электрика, что приводит к сокращению простоев. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.