Электромагнитный расходомер
Изобретение касается измерения расхода жидкости электромагнитным методом и может быть использовано для создания цифровых электромагнитных измерителей расхода. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение экономичности. Расходомер содержит датчик 1, к выходу которого подключен усилитель 2. Электронная схема расходомера содержит усилитель-сумматор 3, устройство выборки-хранения 4, компаратор 5, интегратор 6, схему сравнения 7. Кроме того, в состав расходомера входят счетчики, триггеры, регистр, логические схемы И, И-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В процессе работы расходомера периодически осуществляется калибрование. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУ БЛИН A1 (191 (111 (5}) 4 С 01 Р i/58 0ЕОШ4Я >l«r Hv - <> Б:"1БЛ, -1(Э:,-,,c ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР 1 (21) 4382787/31-10 (22) 25.02.88 (46) 15. 11.89. Вюл. У 42 (71) Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса (72).Ю.-А.А.Вирбалис, P.С.Вайкасас и А.-А.П.Раджюнас (53) 681.121.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 802789, кл. G 01 F 1/58, 1981. Авторское свидетельство СССР Ф 1117449, кл. (: 01 F .1/58, 1984. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР (5?) Изобретение касается измерения расхода жидкости электромагнитным методом и может быть использовано 2 для создания цифровых электромагнитных измерителей расхода. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение экономичности. Расходомер содержит датчик 1, к выходу которого подключен усилитель 2. Электронная схема расходомера содержит усилитель-сумматор 3, устройство выборки-хранения 4, компаратор 5, интегратор 6, схему сравнения 7. Кроме того, в состав расходомера входят счетчики, триггеры, регистр, логические схемы И, И"ИЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В процессе работы расходомера периодически осуществляется калибрование. 2 s.ï.4-лы, 1 ил. 1522041 Изобретение относится к технике измерений расхода и количества жидкости электромагнитным способом и может быть использовано для создания цифрогых электромагнитных измерителей расхода. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повьш ение экономичности. t0 На чертеже изображена схема электромагнитного расходомера. Расходомер содержит датчик 1, к электродам которого подсоединен усилитель 2 сигнала датчика, выходом подключенный к третьему входу усилителя сумматора 3 непосредственно, а к четвертому, вычитающему, входу через устройство 4 выборки-хранения. Выход усилителя — сумматора 3 соеди20 нен с первым входом первого компаратора 5, второй вход — с выходом последнего вместе с входом интегратора 6 и дополнительным входом схемы 7 сравнения, первый вход — с выходом интег- 25 ратора 6 вместе с основным входом схемы 7 сравнения и через ключ 8 с входом преобразователя 9 напряженияток, к выходу которого подсоединена катушка 10 формирователя магнитного I поля, Схема 7 сравнения состоит из второго компаратора 11, первый вход которого является основным входом схемы сравнения „ а в" îðîé вход соединен с нулевой шиной устройства вместе с вторым входом первого компаратора, логической схемы ИСКЛ10ЧЛ10ЩЕЕ ИЛИ 12, первого 13 и второго 14 диодных ограничителей уровня и одновибратора 15. Вход последнего соеди40 нен с выходом логической схемы ИСКЛ10ЧЛ10ЩЕЕ ИЛИ 12, первый вход которой через первый 13 диодный ограничитель уровня соединен с выходом. второго 11 компаратора, а второй вход через второй 14 ограничитель уровня 45 с дополнительным входом схемы 7 сравнения, Выход одновибратора 15 является выходом последней и соединен с управляющим входом устройства 4 выборки-хранения, счетным входом второго 16 счетчика импульсов и первым входом формирователя 17. Последний содержит логическую схему И-HE 18, первый 19 и второй 20 ГЯ-триггеры, логическую схему И 21, логическую схему ИСКЛОЧА10ЩЕЕ ИЛИ 22 и счетчик 23 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом логической схемы И 21, выход переполнения, являющийся третьим выходом формирователя 17, с ц.-входом, RS-триггера 20, а вход сброса вместе с первым входом логической схемы ИСКЛ10ЧЛ10ЩЕЕ ИЛИ 22 составляет второй вход формирователя 17, соединенный с выходом устройства 24 внешнего сброса вместе с входом сброса счетчика 25 импульсов. С выходом последнего соединен второй вход логической схемы ИСКЛ1ОЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 22, который является третьим входом формирователя 17, а выход последней подключен к S-входу триггера 19. Неинвертирующий выход триггера 19 соединен с первым входом логической схемы И-HE 18 и является пятым выходом формирователя 17, который подключен к входу сброса счетчика 26 импульсов. Инвертирующий выход триггера 19 является четвертым, а инвертирующий выход триггера 20 первым выходами формирователя 17, и соединенными соответственно с третьим и первым входами логической схемы И 27. R-вход триггера 19 и S-вход триггера 20 соединены с выходом логической схемы И-НЕ 18, второй вход которой составляет первый вход формирователя 17 вместе с вторым входом логической схемы И 21, первый вход которой соединен с неинвертирующим выходом триггера 20, который является вторым выходом формирователя 17 и подключен к первому входу логической схемы И 28. Третий выход формирователя 17 соединен с первым входом логической схемы И 29, второй вход которой соединен с выходом одновибратора 30 вместе с счетным входом счетчика 25 и входом записи счетчика 16, а выходс входом записи вычитающего счетчика 31 импульсов, счетный вход которого подсоединен к выходу логической схемы 27, информационные входы — к информационным выходам счетчика 26, а выход переполнения - к входам одно вибратора 30 и входу записи регистра 32, информационные входы которого соединены с информационными выходами счетчика 16, К вторым входам логических схем 27 и 28 подключен выход генератора 33 импульсов, стабильной частоты, а к счетному входу счетчика 26 выход логической схемы 28. Цикл работы расходомера состоит из двух режимов: калибровки и измерения. Режим измерения является основным. 22041 6 Напряжение U =K Uä -K U +К У +К6U6, где U2ó 049 Uуи 06 напряжения действующие на выходах, соответственно 2, 4,5 5 и 6, а К,...,К вЂ” коэффициенты усиления по тем входам усилителя-сумматора 3, к которым подключены напряжения U<,...,U<.Íéïðÿæåíèå П = К В V> + + h U, где К 1 — коэффициент, учиты10 вающий коэффициент передачи датчика и коэффициент усиления усилителя 2;  — индукция магнитного поля датчика; V — скорость потока в активной зоне датчика. Индукция магнитного поля датчика пропорциональна току возбуждения I6, протекающему в катушке 10 а ток I6 пропорционален напряжению U = э-t Е "6 20 (где с — постоянная интегрирования интегратора 6), действующему на входе преобразователя 9. Поэтому U Š— Кэ = — — Võ t+ Ьцр.где КГ учитывает К и коэффициент пропорциональности между индукцией В и напряжением U<. Напряжение U+ при условии неизменности У в течение четверти периода удовлетворяет равенству U4 = 6U Напряжение U = -Е о Поэтому 5 15 Он задается "1" на инвертирующих выходах RS-триггеров 19 и 20. При этом ключ 8 замкнут, а логическая схема И 27 открыта для импульсов, генерируемых генератором 33. Пусть только что сработал первый компаратор 5 и íà его выходе присутствует напряжение — Е,. Напряжение на выхоДе интегратора 6 линейно возрастает с определенного отрицательного значения. Пока это напряжение отрицательно, то отрицательно и выходное напряжение. второго компаратора 1!. На выходах обоих диодных ограничителей 13 и 14 уровня присутствуют "0" поэтому "0" действует и на выходе логической схемы ИСКЛОЧЙ0ЩЕЕ ИЛИ 12. Ток возбуждения магнитного поля датчика на выходе преобразователя 9 напряжение-ток тоже растет с некоторого отрицательного значения. В момент равенства напряжения U на выходе интегратора 6 равен нулю ток возбуждения магнитного поля, поэтому полезный сигнал датчика отсутствует. В этот момент срабатывает компаратор it, иа его выходе появляется положительное напряжение, на выходе диодного ограничителя уровня 14 появляется "i" вызывая "1" на выходе логической схемы ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ 12. Фронт перехода с "0" в "1" последней вызывает срабатывание одновибратора 15 Короткий импульс, появившийся на выходе последнего, переводит в режим выборки устройство 4 выборки-хранения. В последнем запоминается напряжение а U которое присутствует на выходе усилителя 2 в момент выборки. Это напряжение пропорционально сумме пара:зитной разности электродных потенциалов датчика и напряжения дрейфа усилителя 2. Импульс с выхода одновибратора 15 также увеличивает на единицу содержание счетчика 16. Содержание счетчика 23 не меняется, так как в режиме измерения логическая схема И 21 закрыта нулем на неинвертирующем выходе триггера 20. Напряжение на выходе интегратора 6 и ток возбуждения, став положительными, продолжают возрастать до тех пор, пока полярность напряжения U на первом входе компаратора 5, а следовательно, на выходе усилителя-сумматора 3 не изменится на обратное. Ео =K2 K t..-+ K 6U 3 л< X д Э I Е 35 — - К4 Ьцэ -K5 Ео + К6; t ° Для подавления ЬУ необходимо обеспечить К = К4, Тогда 40 о П, =К,Кр — ° Ч„.Т-К,Ео+ + К л, ° б Изменяет свой знак из отрицательного на положительныи в момент равенства . о Е (К К,-, V(+ Кб, }t — КЕ е лбб " с 6 В этот момент срабатывает компаратор 5, напряжение на его выходе ста- новится равным +Е, интегратор б о начинает .интегрировать в противоположном направлении и напряжение U 55 на его выходе начинает убывать. Так как на выходах обоих ограничителей 13 и 14 уровня с того момента действуют полджительные напряжения, на их выходах имеются " 1" и на выходе ло7 1522041 8 2К Е Т Е E . о +Кб "6 . "6 а частоту появления этих цмпульсов можно выразить так: К v„+ к "б б К2 К где К = — — — = const; 2К К = — — = const. Ж Из этого выражения видно, что частора Й;; пропорциональна не только скорости потока, но и сомножителю стабильность которого обеспе-1 л 6 чить сложно. Для этого и вводится режим автоматической коррекции.. Перед тем, как выяснить, каким образом в регисторе 32 появляется цифра N„, пропорциональная расходу жидкости, рассмотрим, как расходомер работает 55 гической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 устанавливается "0". В момент перехода напряжения .на выходе интегратора 6 через нуль напряжение на выходе компаратора 1! становится отрицательным, на выходе ограничителя уровня 14 появляется "0" и на выходе логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 возникает "1"..При этом вновь срабатывает одновибратор 15. Содержание счетчика ! 6 возрастает на единицу, а устройство 4 выборки-хранения делает очередную выборку, запоминая Ь U в этот момент. Напряжение U и ток возбуждения убывают до тех пор, пока напряжение U не поменяет знак с положительного на отрицательный, заставляя сработать компаратор 5. Это случается п момент равенства Ео Е -(К ° К вЂ” - ° Ч +К "— )t =-КЕ. 2 D ь х б s o 6 "6 Таким образом, в каждом из полупе" риодов сигнал U на выходе усилителя 3 меняется на величину 2К Е . При этом в каждом из полупериодов на выходе одновибратора 15 появляются им- ЗО пульсы. Период повторения Т; этих импульсов можно определить из равенства: 2К. Кб 2Ку Ео Т о Е к б / ь Ь Kzz Импульсы с таким периодом поступают на вход счетчика 23. в режиме коррекции. Этот режим может быть вызван либо устройством 24 внешнего запуска, либо импульсом на выходе счетчика 25. Нормально, при отсутствии импульсов, на выходе устройства 24 присутствует "0", а на выходе счетчика 25 — "1". При этом на выходе логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 присутствует "1". В момент сра" батывания устройства 24 на его выходе появляется импульс, амплитуда которого соответствует "1". При этом на выходе схемы 22 появляется отрицательный по отношению к "1" импульс, т.е. во время действия импульса на ее входе, на выходе устанавливается "0". В момент переполнения счетчика 25 на его выходе появляется импульс, отрицательный по отношению к "1", вызывающий такой же импульс на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12. И в том и в другом случае импульс, появившийся на выходе схемы 22, попадает на S-вход триггера 19, устанавливая "1" на неинвертирующем и "0" на инвертирующем выходах последнего. Логическая схема И 27 закрывается, логическая схема И-НЕ 18 открывается, а содержание счетчика 26 сбрасывается -в "0". Первый импульс, пришедший с одновибратора l5 после срабатывания триггера 19, попадает через открытую . схему И-НЕ 18 íà S-вход триггера 20, вызывая его срабатывание. Одновременно этот же импульс возвращает триггер 19 в исходное положение. На неинвертирующем выходе триггера 20 устанавливается "1",,на инвертирующем - "0". Схема 27 остается закрытой, ключ 8 размыкается, а логические схемы И 21 и 28 открываются. В части схемы, состоящей из блоков 1-15 происходит периодический про" цесс, описанный выше, за исключением того, что ток возбуждения из-за разомкнутого ключа 8 все время равен нулю, полезный сигнал на выходе усилителя 2 отсутствует и U = Ь U . Поэтому. период повторения импульсов на выходе одновибратора 15 определяется выражением 1522041 Режим коррекции продолжается до тех пор, пока не появится импульс на, выходе переполнения счетчика 23. Если емкость счетчика 23 равна и, то продолжительность режима коррекции пь, nTО К Все это время на счетчик 26 посту- 1 0 пают импульсы частотой f< с генератора 33. Поэтому в счетчике 26 записывается число /" И =п †" — f к К с i5 Импульс с выхода счетчика 23 попадает на вход триггера 20 и через логическую схему И 29 на вход записи счетчика 31, На неинвертирующем выходе триггера 20 устанавливается "0", закрывая схемы 21 и 28 и замыкая ключ 8, а на инвертирующем выходе триггера 20 устанавливается "1"., открывая схему.27 для импульсов, с генератора 25 33. Вновь начинается режим измерения. Импульс, попавший на вход записи счетчика 31, переписывает содержимое счетчика 26, равное Nк в счетчик 31. Так как появление импульса перепол- . нения соответствует установлению содержимого суммирующего счетчика в нуль, то такое содЕржимое счетчика 23 и остается, пока будет продолжаться режим измерения. Рассмотрим, каким образом формируется число N в регистре 32. Импульсы частотой К все время вычитают содерс жимое счетчика 31 до тех пор, пока оно станет равным нулю. Так как ервоначально там находится число Лк, то вычитание занимает время л (, Т = — -=n fc Ки Когда содержимое счетчика 31 становится равным нулю, импульс, попавший на вход, на выходе переполнения последнего вызывает импульс, который, попадая на вход записи регистра 32, переписывает содержимое счетчика 16 в регистр. Тот же импульс запускает одновибратор 30, импульс на выходе которого записывает в счетчик 16 код, набранный на его информационных входах, и, попадая через логическую схему И на вход записи счетчика 31 вновь переписывает в него содержимое счетчика 26. Выходной импульс одновибратора 30 увеличивает содержимое счетчика 25 на единицу. За время Т в счетчик 16 попадает количество импульсов К К М = f; Т =(- V+ )n 6 "6 zz = — -n V +n. К х Если на информационных входах счетчика 16 будет набран код и инверсный числу п, то предварительно в счетчике 16 записывается число — n. Поэтому по истечении времени Т в счетчике 16 окажется записанным число К1 N =N + (-n) = — -nU г У 1т которое пропорционально расходу или скорости потока жидкости и не зависит от постоянной времени интегратора. Это число и переписывается в регистр 32, в котором хранится выходной информационный сигнал расходомера. В начале режима измерения содержимое счетчика 25 равно нулю. Поэтому следующий импульс переполнения, если не будет запущено устройство внешнего запуска 24, появится через время Т„= шТ где IB — емкость счетчика 25., Таким образом, при отсутствии внешнего запуска режим коррекции будет автоматически повторяться через время Т„. В момент включения расходомера устройство внешнего запуска 24 срабатывает обязательно, поэтому после включения расходомера сначала обязательно выполняется реяжм коррекции и лишь затем расходомер переходит в режим измерения. Дополнительная схема сравнения выполнена так, что независимо от того, какие напряжения установятся на выходах компараторов 5 и i1 в момент включения, сразу же срабатывает устройство выборки-хранения, запоминая значение 5U в момент включения. Если на выходе одного из компараторов установится высокий уровень, а на выходе другого - низкий, то на выходе первой логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 сразу устанавливается логическая единица и срабатывает второй одновибратор 15,, запоминая ЬПэ в устройстве выборки-хранения. Пусть ° 1522041 l2 формула изобретения Электромагнитный расходомер,содержащий датчик, к электродам которо-,зО го .подключен усилитель, формирователь магнитного поля,,первый компаратор, усилитель-сумматор, ключ, первую и вторую схемы И, первый, второй и третий счетчики импульсов, вычитающий 35 счетчик импульсов, генератор импульсов, регистр, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика, вход, записи которого соединен с выходом первого однонибратора, устройство внешнего запуска, выход которопо соединен с первым входом формирователя, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход — с г лходом схемы сравнения, первый ных д формирователя соединен с управляющим входом ключа, выход усилителя — сумматорас первым входом перного компаратора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, дополнительно введены интегратор, преобразователь напряжеwe — ток, третья схема И и устройство выборки-хранения, вход которого соединен с выходом усилителя и первым 55 входом усилителя-сумматора, а выход— с инвертирующим входом усилителясумматора, второй вход которого сое5Î в момент включения на выходах обоих компараторов установились высокие уровни ° Тогда интегратор 6 начинает интегрировать в отрицательном направлении. Гак как выходное его напряГ 5 жение в момент включения было равно нулю, то очень быстро на выходе компаратора 11 установится низкий уровень и на выходе схемы ИСКЛНИАЫЩЕЕ ИЛИ 12 установится "1", вызывая срабатывание одновибратора 15. Если на выходе компараторов установились низкие уровни, то интегратор 6 начинает интегрировать в положительном направлении, переведя компаратор 11 в высокий уровень и опять, в конечном итоге, вызывая .срабатывание одновибратора 15. образом, мощность, подводимая к датчику расходомера, уменьшена вдвое. Наличие устройства выборкихранения позволяет эффективно отделить разность электродных потенциалов от полезного сигнала. 25 динен с первым входом схемы сравнения, выходом первого компаратора и через интегратор — со своим третьим входом, вторым входом схемы сравнения, входом ключа, выход которого через преобразователь напряжение — ток соединен с формирователем магнитного поля, выход схемы сравнения соединен с тактовым входом первого счетчика, выход устройства внешнего запуска — с входом сброса второго счетчика и четвертым входом формирователя, второй и третий выходы которого соединены с первым и вторым входами первой схемы И, третий вход которой соединен с выходом генератора импульсов и первым входом второй схемы И, второй вход которой соединен с первым выходом формирователя, четвертый выход которого соединен с первым входом третьей схемы И, второй вход которой соединен с выходом одновибратора и тактовым входом второго счетчика, выход третьей схемы И, соединен с входом записи вычитающего счетчика, тактовый вход которо-. го соединен с выходом первой схемы И, информационные входы вычитающего счетчика соединены с выходами третьего счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом второй схемы И„ а вход сброса — с пятым выходом формирователя, вход одновибратора соединен с входом записи регистра, второй вход первого компаратора — с нулевой шиной. 2, Расходомер по п.f, о т л и ч аю шийся тем, что схема сравне- . ния содержит последовательно соединенные второй компаратор, первый диодный ограничитель, схему ИСКЛЮЧАЮ" ЩЕЕ ИЛИ и одновибратор, выход которо" го является выходом схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с нулевой шиной, первый вход схемы сравнения через второй диодный ограничитель сое-. динен с вторым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, 3. Расходомер по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что формирователь содержит схему ИСКЛЮЧЙОЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которой являются соответственно первым и вторым входами формирователя, третий вход которого через схему И-НЕ соединен с Rвходом первого триггера и S-входом второго триггера, а через схему И— 13 1522041 Составитель В.Ярыч Техред М.Дидык Редактор Л.Пчолинская Корректор М.Шароши Тираж 660 ПодписноеЗаказ 6949/38 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5 т Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 с тактовым входом счетчика, вход сброса которого является четвертым входом формирователя, первый выход. которого соединен с выходом второго триггера и вторым входом схемы И, второй выход формирователя соединен с инверсным выходом первого триггера, S-вход которого соединен с выходом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий выход формирователя соединен с инверсным выходом второго триггера, вход сбро- 5 са которого соединен с выходом счет" чика и четвертым выходом формирователя, пятый выход которого соединен с выходом первого триггера и вторым входом схемы И-НЕ.
