Способ измерения расхода и устройство для его осуществления

Способ измерения расхода и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения - повышение точности измерения. Осуществляют аналого-цифровое преобразование отношения основного и опорного сигналов преобразователя расхода, причем в качестве опорного сигнала используют сигнал преобразователя индукции. Для проведения калибровки выключают фазосдвигающую цепь измерительного преобразователя и с его помощью измеряют относительные уровни сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе и выходе фазосдвигающего звена. Затем выключают фазосдвигающую цепь и измеряют относительный уровень квадратурной составляющей на выходе фазодвигающего звена. Далее одновременно измеряют относительный уровень основного сигнала и период опорного сигнала и осуществляют коррекцию оценок расхода по измеренным данным. Устройство для осуществления способа содержит источник 1 питания, соединенный с преобразователем 2 расхода, первый, второй и третий мультиплексоры 3,4,10,усилители 5 и 6, фазосдвигающие цепи 8 и 9. Кроме того, в устройство входят регистор 13, устройство 12 обмена, АЦП 11 и вычислительное устройство 14. 2 с.п. ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU» 148 264 (51) 4 G 01 F 1 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4161615/31-10 (22) 15.12.86 (46) 30.05.89. Бюл. № 20 (71) Таллинский политехнический институт (72) В. А. Герасимчук и А. Э. Кеэваллик (53) 681.121.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 645033, кл. G 01 F 25/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 591697, кл. G 01 F 1/58, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения — повышение точности измерен;,я. Осуществляют аналогоцифровое преобразование отношения основного и опорного сигналов преобразователя расхода, причем в качестве опорного сигнала используют сигнал преобразователя ин2 дукции. Для проведения калибровки выключают фазосдвигаюшую цепь измерительного преобразователя и с его помощью измеряют относительные уровни сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе и выходе фазосдвигаюшего звена. Затем выключают фазосдвигаюшую цепь и измеряют относительный уровень квадратурной составляюшей на выходе фазосдвигаюшего звена.

Далее одновременно измеряют относительный уровень основного сигнала и период опорного сигнала и осуществляют коррекцию оценок расхода по измеренным данным. Устройство для осушествления способа содержит источник питания, соединенный с преобразователем 2 расхода, первый. второй и третий мультиплексоры 3, 4, 10, усилители 5 и 6, фазосдвигаюшее звено 8 и фазосдвигаюшую цепь 9. Кроме того, в устройство входят регистр 13, устройство 12 обмена, АЦП 11 и вычислительное устройство 14. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1483264 где Q, А;

А1

Q,.— Ë;. К /К;

Q= Q,/T„, действительное значение интегрального расхода; действительное значение среднего 40 расхода; измеренное значение интегрального расхода; коэффициент преобразования в условиях гра ивоаии роавный К =

=А| _#_/ уАз. (Ъ вЂ” Аз) 45 текущее значение коэффициента в

)<Ар/g Àç. (А2 а— Аз); длительность фиксированного числа периодов сигналов; результат измерения сигнала пре- 50 образователя магнитной индукции; результат измерения сигнала на входе фазосдвигающего звена; результат измерения синфазной составляющей сигнала на выходе фазосдвигаюшего звена; результат измерения квадратурной составляющей сигнала на вы.ходе фазосдвигающего звена.

Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей электромагнитным методом.

Цель изобретения — повышение точности измерения. 5

На фиг. 1 изображена структурная схема расходомера (устройства для осуществле ния предлагаемого способа); на фиг. 2 ведущая программа; на фиг. 3 — прерываюШая программа.

Способ измерения расхода заключается . в том, что периодически осуществляют коррекцию мультипликативных погрешностей фазочувствительного преобразователя отношения сигнала, снимаемого с электродов к опорному сигналу, снимаемому с пре- 15 образователя индукции магнитного поля, фиксированного в активной зоне преобразователя расхода. Для проведения коррекции выключают фазосдвигающую цепь преобразователя отношения и измеряют отношение к опорному сигналу сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе фазосдвигаюшего звена питаюшегося от управляемого опорным сигналом источника напряжения, синфазной составляющей на выходе фазосдвигающего звена, затем включа- 25 ют фазосдвигаюшую цепь и измеряют отношение к опорному сигналу квадратурной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена, далее одновременно измеряют длительность фиксированного числа периодов сигналов и. интегральный расход, 30 пропорциональный произведению фиксированного числа периодов сигналов на отношение к опорному сигналу сигнала на электродах преобразователя расхода, а действительные значения расхода определяют по формулам 35

Расходомер содержит источник 1; преобразователь 2 расхода, обмотка возбуждения которого соединена с выходом источника 1 питания, мультиплексоры 3 и 4, первые входы которых соединены с электродами преобразователя 2 расхода, вторые входы соединены с выводами преобразователя индукции магнитного поля, фиксированного в активной зоне преобразователя 2 расхода, а третий и четвертый входы мультиплексора 4 включены на

«Землю», дифференциальный усилитель 5, входы которого соединены с выходами мультиплексоров 3 и 4, дифференциальный усилитель 6, входы которого соединены с выводами преобразователя индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода, масштабный преобразователь 7, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 6, фазосдвигаюшее звено 8, вход которого соединен с выходом масштабного преобразователя 7 и с третьим входом мультиплексора 3, четвертый вход которого соединен с выходом фазосдвигающего звена 8, фазосдвигаюшую цепь 9, вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя 6, мультиплексор 10, первый вход которого соединен со входом, а второй — с выходом фазосдвигающей цепи 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 отношения, первый вход которого соединен с выходом мультиплексора 10, а второй — с выходом дифференциального усилителя 5, устройство 12 обмена, соединенное двунаправленной шиной с АЦП 11 отношения, регистр 13, вход которого соединен с выходом устройства 12 обмена, а выход — с управляющими входами мультиплексоров 3, 4 и 10, вычислительное устройство 14, соединенное общей шиной с устройством 12 обмена. Позиции

15 — 29 относятся к блокам ведушей и прерываюшей программ.

Расходомер работает следующим образом.

Источник 1 питания питает обмотку возбуждения преобразователя 2 расхода, создавая в его активной зоне синусоидальное магнитное поле. Под действием этого поля на электродах преобразователя 2 расхода вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости движения жидкости, поступающий при измерении расхода через идентичные мультиплексоры 3 и 4 на входы дифференциального усилителя 5. Под действием того же поля преобразователь магнитной индукции преобразователя 2 расхода вырабатывает опорный сигнал, поступающий через дифференциальный усилитель 6, фазосдвигающую цепь 9 и мультиплексор 10 на вход опорного сигнала АЦП 11 отношения, на вход основного сигнала которого поступает сигнал с выхода дифференциального усилителя 5. АЦП 11 отношения выделяет из основного сигнала составляющую, синфазную с поступающим на его вход опорным сигна1483264!

О!

5 расхода;

U> — средневыпрямленное значение опорного сигнала U (t) -cosset, снимаемого с преобразователя индукции преобразователя 2 расхода;

g — среднее значение расхода за время измерения; 25

Т и ю — период и частота сигналов.

IT(je) = (3) 30

35 (6) лом и сдвинутую на 90 при помощи фазосдвигающей цепи 9 относительно сигнала преобразователя индукции преобразователя 2. расхода. Кроме того, АЦП 11 отношения осуществляет аналого-цифровое преобразование отношения средневыпрямленных значений синфазной составляющей к опорному сигналу и выводит через устройство 12 обмена в вычислительное устройство 14 значение интегрального расхода, пропорциональное произведению этого отношения на известное число периодов сигналов с соответствии с выражением

Vi

А=К. ==К- Q-Т, (1)

1-! 2 где К вЂ” коэффициент преобразования;

Ui — средневыпрямленное значение сигнала U q (t) -Q - T. sin t, снимаемого с электродов преобразователя 2

Входящий в выражение (1) коэффициент

К преобразования зависит от элементов схемы расходомера и изменяется под действием изменяющихся внешних условий, в том числе и частоты питания, в результате чего возникает мультипликативная погрешность измерения. Для исключения этой погрешности периодически измеряют текущее значение коэффициента преобразования путем проведения последовательности измерений. Вначале вычислительное устройство 14 при помощи устройства 2 обмена и регистра 13 устанавливает на управляющих входах мультиплексоров 3, 4 и 10 код, включающий опорный сигнал, поступающий с выхода дифференциального усилителя 6 через мультиплексор 10 на вход опорного сигнала АЦП ll отношения, и сигнал преобразователя индукции преобразователя 2 расхода, поступающий через мультиплексоры 3 и 4 и дифференциальный усилитель 5 на вход основного сигнала АЦП 11 отношения. Количество и площадь витков преобразователя индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода выбраны так, чтобы возникающий опорный сигнал был бы примерно равен сигналу на электродах при максимальной скорости жидкости. Измеренное при этом значение Ai равно составляющей Ki коэффициента K=Ki K> преобразования. Затем сигнал со входа фазосдвигающего звена 8 через мультиплексор 3 поступает на вход дифференциального усилителя 5, второй вход которого через мультиплексор 4 включается на «Землю», т. е. измеряют значение А . Сигнал на вход фазосдвигающего звена 8 поступает с вы40

55 хода дифференциального усилителя 6 через масштабный преобразователь 7, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициент передачи, обеспечивающий примерное равенство сигнала преобразователя индукции преобразователя 2 расхода сигналу на входе фазосдвигающего звена 8. Далее сигнал с выхода фазосдвигающего звена 8 через мультиплексор 3 поступает на вход дифференциального усилителя 5, второй вход которого, по-прежнему через мультиплексор 4 включается на «Землю», т. е. измеряют значение Ag, позволяющее определить текущее значение действительной части коэффициента передачи фазосдвигающего звена 8 в соответствии с выражением

ReТ(jсо) =Аз/А2, (2) где Т()а) — коэффициент передачи фазосдвигающего звена 8.

В качестве фазосдвига ющего звена 8 используют интегрирующее или дифференцирующее звено первого порядка, для которого мнимую часть коэффициента передачи определяют по известной действительной части в соответствии с выражением

Измерение этой части путем включения мультиплексором 10 выходного сигнала фазосдвигающей цепи 9 на вход опорного сигнала АЦП 11 отношения прн неизменном состоянии мультиплексоров 3 и 4 позволяет по полученному при этом значению А определить текущее значение составляющей

К коэффициента преобразования, вызванной наличием в схеме расходомера фазосдвигающей цепи 9:

К =—

А4 1 А, t ) ЛД вЂ” Я) (4)

Затем при неизменном состоянии мультиплексора 10 мультиплексорами 3 и-4 включается сигнал электродов преобразователя 2 расхода на вход дифференциального усилителя 5 и измеряют значение расхода. По известному текущему значению коэффициента преобразования

К= (5) программно осуществляется корр«к.tèÿ мультипликативной погрешности, позволяющая определить действительные значения интегрального расхода в соответствии с выражением где К вЂ” значение коэффициента преобразования, измеренное в условиях проливной градуировкн по стенду;

1483264

К вЂ” значение коэффициента преобразования, измеренное в условиях текущего измерения расхода.

Одновременно с измерением отношения сигналов, длящемуся заданное число периодов сигнала, измеряется текущая длительность цикла измерения при помощи встроенного в вычислительное устройство 14 таймера, который устанавливается и считывается по сигналу прерывания, поступающему из АЦП 11 отношения через устройство 12 обмена в вычислительное устройство 14

По известной длительности Т„цикла измерения программно определяется действительное значение среднего расхода:

Q=Q,/Т„. (7)

Управление процессом измерения осуществляет вычислительное устройство 14 по программе, приведенной «а фиг. 2 и фиг. 3.

По окончании очередного цикла измерения

АЦП 11 отношения вырабатывает сигнал прерывания, поступающий через устройство

12 обмена в вычислительное устройство 14, который при разрешенном прерывании вызывает выполнение прерывающей программы. В блоках 26 и 27 прерывающей программы осуществляется соответственно считывание и начальная установка таймера, а в блоке 28 — ввод измеренного значения расхода. В блоке 16 ведущей программы осуществляется вывод данных, поступающих через устройство 2 и регистр 13 на управляющие входы мультиплексоров 3, 4 и 10. Элементы R массива, выводимые в блоке 16, предварительно сформированы и имеют следующие значения: R (1) =2,2;

R(2)=3,2; R(3)=4,2; R(4)=4,1; R(5)=l,1.

Целая часть элементов этого массива указывает номер включенного входа мультиплексоров 3 и 4, а дробная часть — мультиплексора 10. Блок 17 предназначен для пропуска первого после изменения состояния мультиплексоров 3, 4 и 10 цикла, содержащего погрешность, вызванную переходными процессами, связанными с изменением состояния мультиплексоров. Блоки 16 — 20 выполняются в цикле до окончания процесса измерения коэффициента преобразования. В блоке 23 учтена известная аддитивная погрешность At таймера, вызванная конечным временем выполнения команд считывания и записи данных в таймер, Блоки 22 — 25, обеспечивающие вывод действительных значений расхода, выполняются в цикле до возникновения необходимости очередного измерения коэффициента преобразования. Выполнение в цикле операций измерения коэффициента преобразования и коррекции измеренных значений расхода и обеспечивает достижение цели изобретения.

Фор,чу га изобретения

i. Способ измерения расхода путем коррекции мультипликативных погрешностей из10

20 мерительного преобразования по результатам периодических измерений калибровочного сигнала, полученного при помощи преобразователя индукции магнитного поля активной зоны преобразователя расхода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве опорного сигнала используют сигнал преобразователя индукции, для проведения калибровки выключают фазосдвигающую цель измерительного преобразователя и с его помощью измеряют относительные уровни сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе фазосдвигающего звена и на его выходе, затем включают фазосдвигаюшую цепь и измеряют относительный уровень квадратурной составляющей на выходе фазосдвигающего звена, осуществляют аналого-цифровое преобразование отношения основного и опорного сигналов преобразователя расхода, измеряют относительный уровень основного сигнала и период опорного сигнала и производят коррекцию оценок расхода по формулам

Q=Q,/T„, где Q, — действительное значение интегрального расхода;

Q — действительное значение среднего расхода;

30 А; — измеренное значение интегрального расхода;

К вЂ” коэффициент преобразования в условиях г ад ировки, К =Ai Аг/

/ Аз (А . Аз);

К вЂ” текущее значение коэффициента преоб азования, К = Ai-A4/

/ Аз. (a — Аз)

T„— длительность фиксированного числа периодов сигналов;

А — результат измерения сигнала пре40 образователя магнитной индукции;

Аг — результат измерения сигнала на входе фазосдвигающего звена;

Аз — результат измерения синфазной составляющей сигнала на выходе. фазосдвигаюшего звена;

45 А — результат измерения квадратурной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена.

2. Устройство для измерения расхода, содержащее источник питания, соединенный с преобразователем расхода, выходы основного сигнала которого соединены с первыми входами первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с входами первого усилителя, а вторые входы соединены с выходами опорного сигнала преобразователя расхода, последовательно соединенные второй усилитель, фазосдвигающая цепь и третий мультиплексор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с

1483264

t0 юг.2 целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные масштабный преобразователь и фазосдвигающее звено, вход и выход которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого мультиплексора, вход масштабного преобразователя соединен с выходом второго усил ителя, входы которого соединены с выходами опорного сигнала„ преобразователя расхода, последовательно соединенные устройство обмена и регистр, выходы которого соединены с адресными входами первого, второго и третьего мультиплексоров, выходы первого усилителя и третьего мультиплексора соединены с входами преобразователя отношений, выход которого соединен двунаправленной шиной с устройством обмена, которое второй двунаправленной шиной соединено с вычислителвным устройством, третий и четвертый входы второго мультиплексора соединены с нулевой шиной.

1483264

Составитель В. Ярыч

А. Ренин Техред И. Верес Корректор Н. Король

Редактор . евин

Подписное

За каз 2816/37 Тираж 660 р Т СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям р р ниям и отк ытиям прн ГКН

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

- з ательский комбинат <Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Производственно-издательс