Расходомер

Расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: измерение расходов жидкостей методом ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения: устройство содержит1 1 трубопровод (1), 1 пару магнитов поляризатора (2), 1 пару магнитов анализатора (3), 1 катушку отметки (4). 1 генератор импульсов отметки (5), 1 катушку регистрации (6), 1 спиновой детектор (7), 1 блок формирования интервалов времени (8), 1 преобразователь длительности импульса в напряжение (9), 1 управляемый фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)5 G 01 F 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778965/10 (22) 08.01.90 (46) 23,10.92. Бюл. N. 39 (71) Научно-производственное обьединение

"Транстехника" (72) А.Е, Файбышев, И.О, Оробей, A,Ï. Безуглый, Е.А. Лавринович и M.Ô. Зинчук (56) 1. Пряхин А.Е. и Файбышев А.Е, Преобразователь сигнала ядерно-магнитного расходомера. — Приборы и техника эксперимента, 1985, М 3, с, 200 — 201.

2. Авторское свидетельство СССР

М 958860, кл. G 01 F 1/62, 1982. (54) РАСХОДОМ ЕР (57) Использование: измерение расходов жидкостей методом ядерного магнитного. Ы,, 1770755 А1 резонанса. Сущность изобретения: устройство содержит: 1 трубопровод (1), 1 пару магнитов поляризатора (2), 1 пару магнитов анализатора (3), 1 катушку отметки (4). 1 генератор импульсов отметки (5), 1 катушку регистрации (6), 1 спиновой детектор (7), 1 блок формирования интервалов времени (8), t преобразователь длительности импульса в напряжение (9), 1 управляемый фильтр (10), 1 преобразователь напряжение — частота (11), i блок регистрации (12), 1 функциональный преобразователь (14),. 1 дифференцирующую цепь (15), 1 блок определения модуля (16). 1 пиковый детектор(17) и 2 компаратора (18 и 19). 9-14-15 — 16-17— I8 — 10, 5 — 8 — 9 — 10 — 11 — 12, 14 — 19 — 10, 5 — 4, 7-3, 7 — 8. 3 ил. 1770755

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкостей с исполь зованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР), Известен расходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора, магниты анализатора, катушку отметки, соединенную с генератором импульсов отметки, катушку регистрации, подключенную к спиновому детектору, .блок формирован интервалов времени, входы которого подключены. к генератору импульсов отмыт;и и спиновому детектору, а выход соединен с входом преобразователя длительности импульсов в напряжение, функциональный преобразователь напряжение-частота, соединенный с входом частотомера. Расход жидкости определяется по времени прохождения меткой фиксировв ного расстояния между катушкой отметки и катушкой регистрации; при этом длительность измеряемого интервала времени обратно пропорционально расходу (1).

Недостатком известного расходомера является низкая точность при измерении меняющихся расходов, в частности расхода топлива автомобильных двигателей; слож ный характер изменения расхода приводит к появлению значительных погрешностей из-за неоптимального усреднения показ ний прибора.

Известен также расходомер, содерж"-.щий магнитные системы поляризатора анализатора, трубопровод, размещенный в воздушных зазорах магнитных систем, катушку отметчика, соединенную с генератором импульсов отмет и, катушки регистрации, подключенную к схемам oG aботки и регистрации сигнала ЯМР, Инфоомацию о расходе в этом расходомере несет частота постановки меток в потоке топлива (2).

Недостатком этого расходомера явля-. ются низкие точность и быстродействие при измерениях расхода топлива двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств, обусловленные недостаточно эффективной фильтрацией сигнала, несущего информацию о расходе. Гидравлические удары, периодические пульсации расхода из-за работы подкачивающего насоса, резкие изменения величины расхода топлива, связанные с особенностями движения транспортного средства, а также наличие паровоздушных пузырей в потоке топлива приводит к неравномерномудвижению метки вдоль мерного участка и, следовательно, к погрешностям измерения расхода.

Кроме того, с ростом расхода наблюдается увеличение случайных погрешностей, обусловленных быстрым прохождением жидкости через поляризатор и соответствующим снижением ее намагниченности. Поэтому в области больших расходов требуется дополнительное усреднение результатов измерений.

Однако фильтрация информационного. сигнала и связанная с ней временная задержка ухудшает быстродействие расходомера, что приводит к наличию динамических погрешностей в случае резких изменений величины расхода или перемещения вдоль мерного участка паровоздушных пузырей.

Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия.

На фиг, 1 показана структурная схема расходомера; на фиг. 2 — приведены временные диаграммы. характеризующие его работу; а) зависимость расхода О в системе топливоподачи двигателя от времени; 6) зависимость от времени постоянной времени управляемого фильтра; в) зависимость регистрируемого прибором расхода от времени; на фиг. 3 приведена электрическая схема управляемого фильтра.

Расходомер содержит трубопровод 1, магниты поляризатора 2, магниты анализатора 3, катушку отметки 4, соединенную с генератором импульсов отметки 5, катушку регистрации 6, подключенную к спиновому детектору 7, блок формирования интервалов времени 8, преобразс ватель длительности импульсов в напряжение 9, управляемый фильтр 10, преобразователь напряжение — частота 11, блок регистрации

12 и блок контроля и управления 1:3. Входы блока формирования интервалов времени 8 подключены к генератору импульсов отметки 5 и спиновому де-ектору 7, а выход соединен со входом преобразователя длительности импульсов в напряжение 9, Выход прег б.. зова-еля длительности импульсов в напр«кение 9 подключен ко входу блока контроля и:правления 13 и ко входу управляемого фильгра 10, Первый и второй выходы блока контроля и управления 13 соединены, соответственно, с первым и вторым входами управления управляемого фильтра 10. Выход управляемого фильтра 10 подключен ко входу преобразователя напряжение-частота 11„co входом блока регистрации 12.

Расходомер работает следующим образом.

Измеряемое топливо пропускается по трубопроводу 1, В постоянном поле магнитов поляризатора 2 оно намагничивзется и поступает затем в катушку отметки 4, где происходит периодическая отметка жидко

1770755 катушке регистрации изменяется импульсным образом. Блок формирования интервалов времени 8 сравнивает по фазе 10

2О ется. постоянная времени управляемого 35

50 сти инверсией ядерной намагниченности.

Чередующиеся равные участки отмеченного и неотмеченного топлива проходят через катушку регистрации 6, соединенную со спиновым детектором 7. Напряжение на выходе спинового детектора 7, пропорциональное величине намагниченности в импульсные сигналы с выходов генератора импульсов отметки 5 и спинового детектора

7 и формирует на своем выходе последовательность импульсов, длительность которых равна времени перемещения метки вдоль мерного участка.

Преобразование длительности импульса в цифровую форму, численно равную расходу топлива, осуществляется следующим образом. Сначала длительность импульса преобразуется в напряжение с помощью блока 9, затем осуществляется фильтрация этого напряжения управляемым фильтром

10. Напряжение U c выхода управляемого фильтра 10 по закону 1/0 преобразуется блоком 11 в частоту, которая измеряется с помощью блока регистрации 12.

Блок контроля и управления 13 в зависимости от величин расхода жидкости, скорости и амплитуды его изменения. вырабатывает на своих выходах сигналы управления, поступающие на соответствующие входы управления управляемого фильтра 10, По этим сигналам устанавливафильтра, характеризующая степень усреднения (сглаживания) пульсирующего напряжения с выхода преобразователя 9.

Преобладающим является воздействие входа управления по амплитуде и скорости изменения расхода.

Зависимость расхода в системе топливоподачи двигателя от времени представляет собой кривую сложного вида с характерными высокочастотными и низкочастотными пульсациями (фиг. 2а). Резкие и большие по амплитуде изменения расхода приводят к скачкам напряжения на выходе преобразователя 9. При превышении амплитудой и скоростью изменения напряжения пороговой величины на первом выходе блока контроля и управления 13 формируется такой управляющий сигнал, чтобы постоянная времени управляемого фильтра 10 была невелика — в этом случае показания расходомера быстро следят за изменениями расхода (фиг. 2б. 2в), При отсутствии быстрых и значительных изменений расхода, т,е, когда последний неизменен или медленно меняется блок контроля и управления

13 формирует такой управляющий сигнал, чтобы постоянная времени управляемого фильтра 10 была велика, напряжение на его выходе сглаживалось и производилось точное измерение расхода (фиг. 2б, 2в).

Таким образом, в расходомере осуществляется избирательное усреднение напряжения, несущего информацию о расходе. при этом в моменты значительных скачков расхода топлива устраняются динамические погрешности, т.е. погрешности запаздывания показаний прибора за расходом, а в моменты установившегося движения топлива уменьшаются случайные погрешности, определяемые разбросом показаний расходомера.

8 качестве блока контроля и управления

13 могут служить последовательно соединенные функциональный преобразователь

14, дифференцирующая цепь 15, блок определения модуля 16, пиковый детектор 17 и первый компаратор 18, а также второй компаратор 19. Второй вход первого компаратора 18 подключен к шине опорного напряжения, а его выход соединен с первым выходом блока контроля и управления 13.

Выход второго компаратора 19 соединен с вторым выходом блока контроля и управления 13, вход которого соединен с входом функционального преобразовагеля 14, подключенного выходом к входу второго компаратора 19, Второй вход второго компаратора 19 соединен с шиной опорного напряжения.

Блок контроля и управления 13 работает следующим образом, Функциональный преобразователь 14 служит для преобразования входного напряжения, пропорционального времени перемещения метки внапряжение,,пропорциональное расходу (здесь осуществляется преобразование вида 1И»).

Амплитуда напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 пропорциональна амплитуде и скорости изменения расхода.

Полярность напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 определяется направлением изменения расхода жидкости, поэтому для получения однополярного сигнала используется блок определения модуля 15.

Напряжение с выхода блока 16 заряжается пиковый детектор. Если изменение расхода достаточно большое и резкое, то напряжение на входе первого компаратора

18 превысить пороговое и на его выходе сформируется импульс управления с длительностью, пропорциональной амплитуде входного напряжения (от величины амплитуды входного напряжения зависит время

1770755

Фиг. 2 разряда емкости пикового детектора 17).

Подобный режим адаптивного управления с изменяющейся длительностью управляющего импульса обеспечивает оптимальную переходную характеристику расходомер.

Второй компаратор 19 сравнивает выходное напряжение блока 14 (оно пропорционально величине расхода) с порогом и формирует на своем выходе сигнал управле-ния, обеспечивающий увеличенную постоянную времени фильтрации управляемого фильтра на больших расходах.

По сравнению с известными предложенный расходомер обладает следующими преимуществами, 1, большая устойчивость системы регистрации к сбоям показаний. вызываемым прохождением крупных паровоздушных пу.зырей через мерный участок, гидравлическими ударами в потоке жидкости и т.д, .

2. Повышение точности измерения и быстродействия при измерении расходов топлива двигателей . внутреннего сгорания автотранспортных средств, Формула изобретения

Расходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора и анализатора, охватывающие трубопровод, катушку отметки, установленную на трубопроводе и подключенную к генератору импульсов отметки, катушку регистрации, установленную на трубопроводе и подключенную к спиновому детектору, блок формирования интервалов

5 времени, подключенный входами соответственно к выходам генератора импульсов отметки и спинового детектора, и блок регистрации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродейст10 вия, в него введены последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в напряжение, подключенный к выходу блока формирования интервалов времени, управляемый фильтр и преобразо15 ватель напряжение — частота, подключенный выходом к блоку регистрации, последовательно соединенные функциональный преобразователь, дифференцирующую цепь, блок определения модуля, пиковый детек20 тор и первый компаратор, вторым входом подключенный к шине опорного напряжения, а выходом соединенный с первым входом управляемого фильтра, а также второй компаратор, соединенный выходом с вто25 рым входом управляемого фильтра, а вторым входом подключенный к шине опорного напряжения, при этом выход преобразователя длительности импульсов в напряжение соединен с входом функцио30 нального преобразователя.

A SM конлглр

Составитель А,Файбышев

Редактор M,Êóçíåöoâý Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Буцок

Заказ 3733 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, ",01