Электромагнитный расходомер с частотным выходом

Электромагнитный расходомер с частотным выходом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

«i>877330

Союз Советсиик

Социалистические

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

J (61) Дополнительное к авт. саид-ву

{51)М. Кл. (22) Заивлено 03.1 279 (21) 2848377/18-10 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 30.1 081. Бюллетень № 40

G 01 F 1/60

1оеудерстееииый кайитет

СССР

II0 делам изобретеиий и открытий

{53) УДК 681 ° 121:

:538.52(088 8) Дата опубликования описания 301 081 (72) Авторы изобретения

С. С. Берташюс, P. С. Вайкасас, И.-А.А.

В.А, Навицкас, А. -А.П. Раджюнас, P. Г (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОИБР С ЧАСТОТНЫИ

ВЫХОДОМ

Изобретение относится к измерению расхода и количества жидкостей элект- ромагнитным методом. Преимущественно оно может применяться для создания цифровых электромагнитных расходомеров или аналого-цифровых преобразователей расхода.

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенсационной схемой преобразования сигнала датчика в частоту. Они содержат два канала преобразования, в каждом из которых имеются фазовые детекторы, преобразователи напряжение-частота и частота-напряжение с соответствующими фильтрами Г11.

Однако, схемы таких расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой, поэтому для возбуждения требуется значительная мощность.

При промышленной частоте имеется довольно значительная трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал.

Известны электромагнитные расходомеры, в которых частота возбуждения равна выходной частоте. При значительно меньшей частоте возбуждения, чем промышленная, это дает существен ный выигрыш в потребляемой мощности.

Трансформаторная помеха при этом получается ничтожной. Наиболее экономичным из таких расходомеров является электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, подключенный к ней генератор тока тре« угольной формы, к его входу подключенное устройство управления генера- тором, резистор и два сравнивающих устройства, выходы которых подключены к входу устройства управления re" нератором (21.

Основной недостаток известного расходомера — узкий диапазон расходов, в котором выходная частота расходомера линейно зависит от измерае-.

877330 4 мого расхода и измерение производится с минимальной погрешностью. Так, если такой электромагнитный расходомер рассчитан на некоторый минимальный расход Q .„,при измерении которо»

ro погрешность измерения не будет превьппать заданной величины, то отношение максимального и минимального расходов — "-, в диапазоне которых а, а w1n выхьдная частота линейно зависит от расхода, обычно не превышает 3-4.

При дальнейшем увеличении этого отношения возникает нелинейность характеристики fyb „ С(Q), а также начи нает резко возрастать погрешность измерения. Это связано с тем обстоятельством, что со значительным ростом измеряемого расхода существенно уменьшается амплитуда индукции магнитного поля и уменьшается период. При этом резко возрастают погрешности из-за инерционности переключения направления изменения магнитного поля и из-эа действия различных помех.

Цель изобретения — увеличение линейности и точности измерения в широком диапазоне измеряемых расходов.

Укаэанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, два сравнивающих устройства, устройство управления генератором и резистор, причем: датчик через усилитель сигнала датчика подключен ко входу первого сравнивающего устройства, первый конец обмотки возбуждения магнитного поля подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоединены к управляющему входу генератора треугольной формы, .дополнительно снабжен двумя триггерами Шмитта, дополнительной схемой управления, управляемым преобразователем частоты и управляемым источником опорного напряжения, причем входы обоих триггеров Шмитта подсоединены ко второму концу обмотки возбуждения; их выходы подсоединены к входам дополнительной схемы управления, выход которой подсоединен к управляющим входам управляемого источника опорного на5 . пряжения и управляемого преобразова- теля частоты, выход управляющего источника опорного напряжения соединен с первым сравнивающим устройством, управляемый преобразователь час"

f0 тоты включен последовательно между устройством управления генератором и выходом расходомера.

На чертеже представлена структурная схема расходомера.

Предлагаемый расходомер состоит из датчика 1, электроды которого подключены к усилителю сигнала датчика 2, а выход последнего подключен ко входу первого сравнивающего устройства 3. Выход первого сравнивающего устройства 3 подведен к устройству 4 управления генератором, соединенному с генератором 5 тока треугольной формы, к выходу которого подсоединено последовательное соединение обмотки 6 возбуждения магнитного поля, составляющий вместе с магнитопроводом

7 формирователь 8 магнитного поля, и резистора 9. К точке соединения резистора 9 и обмотки 6 подсоединены входы двух триггеров Шмитта 10 и 11, BblxopbI которых подключены к дополнительной схеме 12 управления, а также вход второго сравнивающего устройст35 ва 13, выход которого подключен к устройству 4 управления генератором.

Выход дополнительной схемы 12 управ ления подключен к управляющим входам управляемого источника 14 опорного напряжения, выход которого подключен к первому сравнивающему устройству 3 и управляемого преобразователя 15 частоты, вход которого подсоединен к схеме 4 управления генератором, а

45 выход является выходом расходомера.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения ток на выходе генератора 5 тока треугольной формы

HB 4HH8GT JIHHBHHO 803PBCTRTS CO CKO» ростью I> = const, Линейно растет также индукция магнитного поля в активной зоне датчика 1. Скорость ее. изменения В пропорциональна .скорос( ти изменения тока возбуждения В,, =

= С1, где 0 const. На электродах датчика 1, а также на выходе усилителя 2 сигнал тоже возрастает линейно. Сигнал на выходе усилителя 2 в

87 измерительный полупериод описывается выражением е = kdIC IOVt, где k " коэффициент усиления усилителя 2, d — расстояние между электродами, V — скорость потока жидкости. В момент достижения сигналом е заданного опорного уровня Е срабатывает первое сравнивающее устройство 3, воздействует на устройство 4 управления генератором, которое переключает направление изменения тока в генераторе 5 тока треугольной формы. Ток на выходе генератора начинает бывать. Убывает также напряжение U> на резисторе 9 до тех пор, пока оио становится равным нулю. В момент равенства Оо = 0 срабатывает второе сравнивающее устройство 13, воздействуя на устройство 4. управления. генератора, которое снова переключает направление изменения тока в генераторе 5 треугольной форйы. Снова начинается измерительный полупериод. Продолжительность измерительного полупериода выражается из равенства e = Е следующим образом:

Е т ч kde l oЧ

Напряжение на резисторе 9 в этот момент можно выразить следующим обра3oM Ug = R l> t„, rpe R - сопротивление резистора. Вставив значение t >

R а это выражение получаем U

«

«К4СН

Если абсолютное значение скорости изменения тока возбуждения в обоих полунериодах одинаковое, то продолжительность одного периода этого тока

2Е А будет Т = 2 M= СС V = Ч гд

2Е

А =, коэффициент преобразова-, 0

1 V ния при этом f

«

Т А.

Пусть линейное преобразование расхода, а тем самым, и скорости потока

V в частоту f с минимальной погреш" ностью, производится в некотором диапазоне пеРиодов Тп,, - Т пдХ. Это соответствует диапазону скоростей потока V ää - V . Если скорость пото6Ъ ка будет зйачительно расти,. то она превышит Ч „д и, при неизменном А период Т станет меньше Т1,1. Для сохранения линейности показаний и сниже ния погрешности измерения нри достижении Т = Т„„. коэффициент А автомаiy тически увеличивается в и раз.

При этом Т в и раз увеличивается и остается в оптимальном диапазоне.

7330,6

Коэффициент А меняется изменением опорного напряжения в управляемом делителе 14 опорного напряжения. Ес» ли в нем имеется m переключаемых сту пеней, то возможно m диапазонов скоростей потоков, которым соответствует один и тот же диапазон периодов

Т „„„- Т„„дХ. Если номер диапазона скоростей обозначим 1 (i = 1,2, ° ° ° «N)« а минимальное опорное напряжение

Е д, то значение опорного. напряжения Е в 1-м диапазоне будет Е =

= n Е „-,. Переключение диапазонов ща производится следующим образом. Максимальному значению периода Тп1«х со,ответствует максимальное значение напряжения на резисторе 9 09 „, „,а

Т т1п - соответствует U9„,10 ПусФ схема находится в i- ì дианазоне. Если в каком-то периоде Ug с Ug>,д, то срабатывает первый триггер 10

61митта, воздействует на дополнительную схему 12 управления, которая увеличивает напряжение Е в управляемом

25 делителе 14 опорного напряжения в п раз, переводя схему в (i+I)-й ди па- зон. Если же U9 у Оо „„„, то срабатывает второй триггер Шмитта, воздействуя на дополнительную схему 12 управ.ления, которая уменьшает Е в и раз, переводя схему в (I-1)-й диапазон.

Если в первом диапазоне 09 >< U g«nz> или в m-м диапазоне 0о 09, то диапазон не переклк«чается. Для того, чтобы коэффициент преобразования рас35 ходомера при переключении диапазонов не менялся, введен упра;вляемый преобразователь 15 частоты. Преобразователем может быть линейный делитель или умножитель частоты, выходная час40 тота котоРого равна fSb, = n aaf«

11 где а = const. Тогда йодставив значение f будем иметь

ll .oY о О

" 1д п "8 сс1Эо

45 ИЫХ Д Па 1-1 и

Я С4Эо

Ч=КоЧ, Юла арkcd lo

50 rpe k < 2

Ynin Предлагаемый электромагнитный расходомер с частотным выходом позволяет значительно увеличить диапазон линейного преобразования с минимальной погрешностью. Так, если оптимальный

Т д«. диапазон периодов 3,5, то

ФМ достаточно двух переключаемых диапаФормула изобретения

7 8 зонов с разными опорными напряжения-,ми Е, чтобы отношение — - пы"- Vmax 0 т 1п достигло 10, при трех переключаемых

V диапазонах -1 - 4 ) 30.

V«„

Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор. тока треугольной формы, два сравНивающих устройства, устройство управления генератором и резистор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен ко входу первого сравнивающего устройства, первый конец обмотки возбуждения магнитного поля подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоединены к управляющему входу генератора тока трерголь77330 8 ной формы, отличающийся тем, что, с целью увеличения линейности и точности измерения, он дополнительно снабжен двумя триггерами Шмит. та, дополнительной схемой управления, управляемым преобразователем частоты и управляемым источником опорного напряжения, причем входы обоих триггеров Шмитта подсоединены ко второму

>о концу обмотки возбуждения; их выходы подсоединены к входам дополнительной схемы управления, выход которой: одсоединен к управляющим входам управляемого источника опорного напряжения и управляемого преобразователя частоты, выход управляемого источника опорного напряжения соединен с первым сравнивающим устройством, управляемый преобразователь частоты включен . последовательно межцу устройством управления генератором и выходом расходомера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза .

1 ° Патент США .9 3260109, кл. 73-194ЕМ, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

У 546781, кл. G Ol F 1/58, 1974 (прбтотип) .

87733Д

Составитель С.Лебедев

Редактор С.Крупенина Техред А.Бабинец Корректор A.Гриценко

Заказ 9598/63 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4