Корреляционный способ измерения расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред и устройство для его осуществления

Корреляционный способ измерения расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю901829 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.06,80 (21.) 2945748/18-10 (И) М. Кл.з

С 01 Р 1/72

С 01 F 1/74 (ЯЗ) УДК 681 ° 121 (088.8) с присоединением заявки Nо

Государственный комитет, СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3001.82. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 30.01.82 (54) КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ДВУХФАЗНЫХ

СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред.

Известны корреляционные способы измерения расхода, основанные на измерении времени запаздывания по максимуму корреляционной Функции двух сигналов, поступающих от преобразователей, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в двух сечениях потока. Преобразователи

Корреляционных расходомеров создают непрерывные сигналы в соответствии с характером изменения случайных процессов в контролируемых сечениях, которые далее. обрабатываются в корреляционной измерительной схеме (1) .

Наиболее близким к предлагаемому является корреляционный способ измерения расхода, основанный на. изме-, рении времени запаздывания методом взаимной корреляции двух шумовых сигналов, поступающих с двух магнитных расходомеров.

Этот способ, основанный на том, что течение электропроводной жидкости генерируют на электродах магнит.ного расходомера постоянный и переменный электрический сигнал, причем переменный сигнал является шумовым, безынерционен, так как в качестве датчиков используются магнитные расходомеры, которые практически безынерционны, но точность его невысока, так как она определяется, в основном, чистотой обработки внутренней поверхности трубопровода, на котором установлены магнитные расходомеры.

Наличие на внутренней поверхности трубопровода даже незначительных шероховатостей приводит к искажению эпюры скоростей жидкости в пограничном слое, а следовательно, к искажению формы шумового сигнала,что ведет к существенному снижению точности измерения. Изготовить трубопровод беэ шероховатостей на внутренней поверхности практически невозможно.

Известный способ осуществляют устройствОм, включающим в себя два магнитных расходомера, расположенных в двух, смещенных по потоку друг

25 относительно друга сечениях трубопровода, и коррелятор, измеряющий время задержки прохождения шумовых меток между расходомерами путем вычисления функции взаимной корреля 30 ции (23 .

901829 щая выходного сигнала электромагнитного расходомера). Очевидно, что вклад, вносимый инородной частицей н сигнал помехи, определяется геометрическими размерами частицы, ее электропроводностью, а также ее местоположением относительно электрической нейтрали. Это учитывается весовой функцией И, а точнее ее производной вдоль оси Z (фиг.3 и 4).

Вид кривой, Отображающей характер изменения производной вдоль оси Z, объясняется следующим образом.

Когда частица 15 расположена далеко от электрической нейтрали, например левее (фиг.2), где вихревые токи малы, сигнал помехи между электродами незначителен. По иере приближения частицы к линии электрической нейтрали 14, где вихревые токи более значительны, сигнал помехи нозрастает, достигает своего максимального значения, а затем уменьшается до нуля на линии электрической нейтрали 14.Далее, при удалении от электрической нейтрали 14, сигнал помехи снова возрастает, однако его фаза изменяется на 180,а затем, при некотором удалении, амплитуда сигнала помехи спадает до нуля.

Максимальное значение сигнала помехи достигается в точках A и В, соответствующих максимальному значению производной весовой функции (фиг.4).

В сною очередь точки А и В соответствуют точкам а1 и а (фиг.2),являющимися точками йересечения частицей некоторых воображаемых поверхностей, имеющихся во всех электромагнитных преобразователях расхода. Эти поверхности обладают тем отличитель ель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в корреляционном способе измерения расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред, заключающемся в измерении времени запаздывания по максимуму корреляционной функции двух сигналов, несущих информацию о расходе в двух сечениях трубопровода, в качестве сигналов используют компоненты положительной и отрицательной полярности квадратурной составляющей выходного сигнала одного электромагнитного преобразователя расхода.

В устройстве осуществляющем пред- f5 лагаемый способ, содержащем электромагнитный преобразователь расхода,выполненный в виде трубопровода с двумя электродами, магнитную систему переменного тока, усилитель,демодуля- 20 тор и статистический коррелятор, между выходом демодулятора и перным входом статистического коррелятора включен диод н прямом направлении, а между выходом демодулятора и вторым входом .статистического коррелятора. включен диод в обратном направлении.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — электромагнитный преобразователь расхода, сечение,проходящее через электроды вдоль оси трубопровода; на фиг. 3 — зависимость весовой функции от расстояния вдоль

1 оси Z; на фиг. 4 — график производной весовой функции вдоль оси Z; на З5 фиг. 5 — зависимость изменения квадратурной компоненты сигнала от положения а„, а, а, а„, а, а „на фиг. 2 частицы; на фиг. б — амплитуда выходного напряжения демодулятора 40 в зависимости от величины сигнала помехи; на фиг. 7 — график изменения выходного напряжения демодулятора; на фиг. 8 — сигнал, поступающий на первый вход статистического коррелятора; на фиг. 9 — сигнал, поступающий на второй вход статистического коррелятора. устройство (фиг.1) содержит электромагнитный преобразователь расхода, содержащий трубопровод 1 с двумя электродами 2, магнитную схему

3 переменного тока, усилитель 4 переменного тока, блок 5 демодулятора, диоды 6, статистический коррелятор 7, включающий в себя первое 55

8 и второе 9 входные устройства,. управляющий блок 10 регулируемой задержки, блок 11 коррелятора и экстремальный регулятор 12.

Измерение расхода осуществляется щ следующим образом.

Когда переменное магнитное поле, создаваемое (фиг.2) магнитной систе и 3 переменного тока, пронизывает

::.тропроволпую жидкость, находя- д5 щуюся в тРУбопроводе 1, н жидкости индуцируется переменное соленоидальное электрическое поле, под действием которого возникают циркуляционные вихревые токи

В слУчае, если конструкция преобразователя расхода симметрична

Относительно электрической нейтрали

14 а жидкость имеет Однородную элек тропроводность во всем объеме канала, на электрической нейтрали 14, вдоль которой установлены электроды, разность потенциалов равна нулю, вследствие симметрии вихревых токов, возникающих в жидкости по обе стОРО ны от электрической нейтрали.

В случае, если в жидкости находится частица 15, обладающая электропроводностью отличной от злектропроводности жидкости, то она нарушает симметрию вихревых токов и между электродами (даже при отсутствии расхода) появляется сигнал, который при электромагнитном способе измерения является сигналом помехи, а его фаза сдвинута относительно магнитного поля

А на угол,квадратурная составляю901829

65 ным свойством, что все точки, расположенные на этих поверхностях, имеют максимальное значение †. Сечения

ДИ

62 этих поверхностей изображены на фиг.2 под номерами 16 и 17, причем линия 16 пересечения (след) соот-. ветствует положительному значению

3и производной (+ †), а линия 17 пере5Z

ЬM сечения — отрицательному (- ). дZ

Расстояние между линиями 16 и

17 пересечения воображаемой поверхности с плоскостью сечения определяется только геометрической формой канала и конструкцией электродов и для каждого типа электромагнитного преобразователя является величиной постоянной.

Поэтому при пересечении частицей поверхностей, соответствующих

3>i! — max, получаются всплески сигналов помехи, причем эти всплески сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180, так как поверхность, сечение которой изображено на фиг.2 под номером 16 соответствует — max а поверхность, сечение ко3н торой изображено под номером 17,со у ответствует — — = max. 2

Если сигнал, снимаемый с электродов электромагнитного преобразовате ля пропустить через демодулятор, опорным напряжением которого является напряжение, сдвинутое по фазе относительно индукции магнитного поля на 90, то на выходе демодулятора появится постоянное напряжение, величина и полярность которого определяется положением движущейся частицы 15 относительно электрической

° нейтрали 14.

Сопоставление Фиг. 2-7 показы5м вает, что производная —, а также величина сигнала помехи и выходное напряжение демодулятора 0 ем достигает своего максимального значения в точках, являющихся точками пересечения движущейся частицы 15 с воображаемыми поверхностями, сечения которых изображены на фиг.2 под номерами 16 и 17. Причем знак пронзен водной --, а также полярность сигнаgZ ла по лехи и полярность выходного напряжения демодулятора изменяется с "+" на "-", когда частица пересе-. кает линию электрической нейтрали 14.

Поэтому, если частица начнет перемещаться вместе с потоком жидкости, то она будет занимать ряд положений соответствующих точкам ал -а (*иг.2), а период времени между положительными и отрицательными всплесками сигнала помехи будет определяться только скоростью движения частицы, так как расстояние между следами

16 и 17 воображаемой поверхности

S постоянно для каждого типа электромагнитного преобразователя, Чем быстрее будет двигаться частица, тем меньше будет время, эа котороЕ движущаяся частица пройдет постоянное расстояние между следами 16 и 17 воображаемых поверхностей, имеющихся в трубопроводе и соответствующих

Ц 1 — max, и тем меньше период времени между компонентами положительной и отрицательной полярности (фиг. 8 и 9), поступающими на первый и второй входы статистического коррелятора; Этот период времени в изобретении и является мерой расхода.

Устройство работает следующим образом.

При движении по трубопроводу потока электропроводной жидкости, содержащей множество инородных включе25 ний (пузырьков воздуха и газа, твердых частиц и т.д.), на токосъемных электродах 2 индуцируется сигнал, обусловленный взаимодействием потока электропроводной жидкости с магнит3Q ным полем, создаваемым индуктором 3 возбуждения магнитного поля. Этот сигнал, включающий в себя квадратурную и синфазные составляющие, усиливается усилителем 4 переменного

35 тока, после чего подается на вход блока 5 фазочувствительного демодулятора, который пропускает только квадратурную составляющую (синфазная составляющая подавляется благодаря фазовой чувствительности блока

5 демодулятора).

Далее выходной сигнал блока демодулятора с помощью включенного в прямом направлении диода между выходом демодулятора и первым входом

45 статистического коррелятора и диода, включенного в обратном направлении между выходом демодулятора и вторым входом статистического коррелятора, разделяется на компоненты, положиS0 тельной и отрицательной полярности.

Компонента положительной полярности поступает на первое входное устройство 8 статистического коррелятора, а компонента отрицательной

55 пОлярнОсти на втОрОе вхОднОе уст ройство 9 статистического коррелятора. . С выхода первого входного устройства S сигнал поступает непосредственно на вход блока 11 коррелятора, а с выхода второго входного устройства 9 — на вход блока 11 коррелятора через блок 10 регулируемой задержки.

Блок 11 коррелятора Определяет корреляционную функцию двух подпб901829 ных сигналов, сдвинутых между собой во времени. Согласование во времени поступающих на блок 11 коррелятора сигналов, соответствующих максимуму корреляционной Функции, производится экстремальным регулятором 12, управляющим блоком 10 регулируемой задержки.

Мерой расхода служит величина, обратная времени запаздывания, полученная при максимальной функции корреляции компонент положительной и отрицательной полярности квадратурной составляющей выходного сигнала электромагнитного расходомера.

Измерение расхода предлагаемым способом позволяет существенно повысить точность измерения, так как амплитудное значение квадратурной составляющей выходного сигнала электромагнитного расходомера, а следовательно, и его компонент положительной и отрицательной полярности обычно на несколько порядков выше амплитудйых значений сигналов помех, образованных местными турбулизациями потока. Это обстоятельство практически полностью исключает влияние на квадратурную составляющую сигналов пульсаций, вызванных шероховатостью стенок трубопровода.

Использование же в качестве датчика электромагнитного расходомера позволяет прйменить этот способ для измерения быстроменяюшихся и пульсирующих расходов, так как электромагнитные расходомеры практически безынерционны.

Формула изобретения

1. Корреляционный способ измерения расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред, заключающийся в измерении времени запаздывания по максимуму корреляционной функции двух сигналов, несущих информацию о расходе в двух сечениях трубопровода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве сигналов используют компоненты положительной и отрицательной полярности квадратурной составляющей выходного сигнала одного электромагнитного преобразова15 теля расхода.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее электромагнитный преобразователь расхода, в.-ччолненный в виде трубопровода с

Щ двумя электродами, магнитную систему перем нного тока, усилитель, демодулятор и статистический коррелятор, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что между выходом демодулятора и первым входом статистического коррелятора включен диод в прямом направлении, а между выходом демодулятора и вторьм входом статистического коррелятора включен диод в обратном направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., "Машиностроение", 1975, .с. 648-650.

ЗЗ 2. Патент США Р 3967500, кл. 73-194, 1976.

901829

Составитель Н. Андреева

ТехредЛ.Пекарь КорректорГ. Решетник

Редактор Е. Дичинская

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

Заказ 12356/49 Тираж 670 Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открытий

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