Способ измерения расхода электропроводящих сред и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к приборостронию, в частности к расходометрии, и позволяет повысить точность измерения расхода электропроводящих сред. В процессе измерения расхода среды измеряют напряжение , пропорциональное вихревым токам в среде, и напряжение, пропорциональное скорости движения среды. Напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, сравнивают с эталонным напряжением и разность между ними поддерживают равной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя. О расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды. 1 ил.

союз советских социалистических

РЕСПУБЛИК (sr)s G 01 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4430360/10 (22) 27.05,88 (46) 15,05.91. Бюл. М 18 (71) Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН ЛатвССР (72) И.П.Квасневский, П,П.Коковкин, В.Н;Субботин и B.È.ßêóøîíoê (53) 681.121 (088.8) (56) Заявка ФРГ l4 2756873, кл, G 01 F 1/60, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 697823, кл. 6 01 F 1/56, 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

ЗЛ ЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СРЕД ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерению расхода электропроводящих сред кондукционными электромагнитными расходомерами, и может быть использовано в химической промышленности, атомной энергетике и научных исследованиях.

Цель изобретения — повышение точности,измерения.

Способ кондукционного электромагнитного измерения расхода электропроводящих сред заключается в следующем.

Измеряют сигнал от вихревых токов в контролируемой среде путем измерения напряжения на вихревых электродах преобразователя расхода, Одновременно формируют эталонное напряжение, например, на источнике стабильного постоянного напряжения. Амплитудное значение напря„„Я3 „„1649279 Al (57) Изобретение относится к приборостронию, в частности к расходометрии, и позволяет повысить точность измерения расхода электропроводящих сред. В процессе измерения расхода среды измеряют напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, и напряжение, пропорциональное скорости движения среды. Напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, сравнивают с эталонным напряжением и разность между ними поддерживают равной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя. О расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды. 1 ил. жения сигнала от вихревых токов сравнивают с эталонным напряжением на суммирующем усилителе. Усиленной разностью этих напряжений регулируют(изменяют) величину тока питания таким образом, чтобы данная разность стала равной нулю, Это осуществляется путем введения отрицательной обратной связи по амплитудному значению напряжения сигнала от вихревых электродов в усилительный тракт питания магнитной системы. В результате величина сигнала с вихревых электродов поддерживается постоянной, а следовательно, постоянной остается градуировочная характеристика расходомера. Таким образом, величина вихревого сигнала поддерживается постоянной. О величине расхода при этом судят по величине скоростного сигнала, В условиях высоких и изменяющихся температур измеряют сигнал температуры преобразователя температуры путем измерения нап ряжения термопары, установленной на канале, заполненном измеряемой средой. Масштзбируют (т,е. изменяют} его величину в К раз (К.— „-} на масшAQ U0 табирующем. усилителе, при этом температурное изменение характеристики ЛО/Q< преобразователя определяется либо зкспериментальным пугем н3 рясходамерной установке, либо расчетным путем.

Промасштабированный сигнал суммирую г с этзлОнным напряжением, полученную ovMму напряжений сравнивают с напряжением

От вихревых токов на суммирующем усилителе. Усиленным раeíoñTHûM сигналом оегулируют (изменяют} ток питания магнитной системы преобразователя ОасхОДЯ таким образом, что разница между суммой масштабированного температурного сигнала с эталонным напряжением и напряжением от вихревых токов поддерживается равной нулю, Таким образом, изменяют.гргдуировочную характеристику расходомера нз соответствие ее градуировочной характеристике при данной рабочей температуре.

На черте>хе изображена функцио альная схема устройства для измерения расхода злектропрова::щих сред, которое

Реализует предлагаемый способ. устройство состоит из магнитной систеM6I 1 с катушками 2, в зазоре!-:Оторой РЯспо" ложен измерительный канал Э с Основнь.мы электродами 4 для снятия скоростного сигнала и дополнительными электродами 5 для снятия вихревого сигнала.

Кат шки 2 мЯГнитной системы 1 соединОны с усилителем 6 мощности, KQ "Орый, в свою очередь, соединен с выходом 7 цифроаого Генератора Я синусоидальных колебаний. Дополнительные электроды 5 измерительного канала 3 соединены с предварительным усилителем вихревого сигнала

9, выхоД которого спеДинен с вхОДОм 10 схемы t1 выборки и хранения анало-oaoro сигнала (CBX}. Другом вход 12 CBX 11 соединен с выходом 13 цифрового генератора

8. Выход 14 схемы 11 выборки и хранения соединен с инвертирующим входом 15 суммирующего усилителя 16. Прямой ехор 17 суммирующего усилителя 16 соединeí с источником 18 стабильного напряжения. Выход предварительного усилителя 9 вихревого сигнала наряду с соединением с входом 10 СВХ 11 содинен также с клеммой

19 переключателя 20. Основные электроды

10 t5

M й5

4 соединены с предварительным усилителем 21,roporтного сигнала, выход которого соединен клеммой 22 переключателя 20.

Общяя клемма 23 переключателя 20 соединена Q входом фазового детектора 24, выход которого через регулятор 25 чувствительности соединен с индикатором 26.

В устройстве для условий высоких и изменяющихся температур датчик 27 температуры соединен с мзсштабирусщим усилителем 28, выход которого соединен с

fIpRMblM вхОДОм 29 "-.,Уммирующего усилителя «6.

Способ измерения расхода злектролроВОДЯЩИХ СРЕД ОСУЩ8СТВЛЯЮт С Г ОМОЩЬЮ предлагаемого ус ройства следующим обРЯЗОМ.

Расходомер в зависимост.«от полож8ния переключатсля 20 имеет два режима работы . из. :ерение и калибровка, В режима измерения стабильное напряжение источника 18 подается на вход 17 суммирующего усилителя 16, ",.силивается и поступает на управляк щий вход цифрового генератора синусоидзльных колебаний.

Г инусоидальное напряжение с выхода 7 поступает нз вход усилителя 6 мощ:-;асти, ка орый питает катушки 2 магнитной системы, синусоыдзльным током В двиlжчшеися измеряемой среде, заполняющей канал ":, и в самом канале, помещенном s переменное магнитное пол8, возникзк>т вихревые гоки и токи, пропорциональные скорости измеряемой среды. Вихревые и скоро.тные токи вззик«освяззны, прич8м вихревые токи про порциональнь1 вели гине и распределению магнитного поля и не зависят от скорости

ИЗМЕРЯЕМОЙ СРЕДЫ, а СКО:,-.;ПСтнЫЕ ТОКИ ПРОпооционзльны величине, распределению магнитного поля и скорости ызмеряемои

С РЯДЫ.

Напряжение., пропорционзль . e вихревым токам, снимается с дополнктельных электродо=-- ::= ., Усылиьается усилителем 9 вихревого сыл ала и постуг.ает на ззпомынающий вход 10 CBX11, На вход управления 12 CHX 11 подаются импульсы с выхода 13 цифровоготенератора 8 в моменты прохождения синусоидзл ьно го н а и Ря>ке!д«я на входе

СБг ". 1 <ере максимум. B результате HB .выходе 14 CBX ",1 будет присутствовать постоянное напряжение, Q3el!Qe амплыт дному значению усиленного вихревого сигнала, Постоянное напряжение с выхода 14 СВХ 11 поступзв на инверсный вход 15 суммирующего усилителя 16, который является входом отрицательной обратной связы, Таким образом, е тракт питания током обмоток? мзгнитн и с;- темы ., ".QcToëè.;eé из 4сточника 18 постоянного напряжения, с ммирую)цеГО усилителя 16, цифраваГО Ге не ..:-:тара 8 синусаидального напряжения, ус "л .: renf. 6 ма цнасти, ззедена отрицатель:.;-;:-:: Оаратная связь па усиленному вихрево, :,i fin наяу, включающая предварительный усилитель 9 вихревого сигнала и CBX 11.

Очевидны следующие соотношения для и :;налав. участв ющих в работе устройства, приведенного на схеме

U = Ks(Uo — KlUbo); . (1)

U; =- K4{Uo — KlU„-o)s!n Nl., (2)

Ub= К4 Ul; Д

Ub= Ub ссзвт, (4) где К-, ;— ко=, зфициент усиления усилителя

F : )::Ã6ÅOÃÎ С"< HGflß;

Кз — ка-"- 4ôèLiêàb,T усиления суммируюЩЕ ГО PСИЛИТОЛЯ;, .4 — каэф рициент усиления усилителя ма;l ности ..!1 — напряжение на вь;ходе циФрового

i::::нератара синусаидального напряжения; .. ь -- напряжение на вихревых генератоp:. х ,, — амплитудное значение напряже ;:-г н".."î=v.xðåÿûx электродах; в — круга ;:-ая - .1стата генератора. О "Ртагляя в 18! выражения (2) и (4) па), y - il, i, КЗ К4 (5)

1 — — -+Кз К.>

К;

При i fi,6îêзвой обратной связи, т.е. .. 1

jÓ.... .) 1

i !i d эем 1,>астаТОЧНОЙ ТОЧНОСТью

К1 Uoo= VG (6)

Паэт му изменение магнитного поля и .- Га ра-.пределения, вызванного отнаситель -.ы ; смещо,- ием канала и магнитной систе.;:=:: в;";лазиях пав.-,шенных и меняющихся ..: —. ратур, приводит к изменению тока об: -:атзк таким Образам, чта величина вихрева; -. Сигнала Остается постоянной, Следовательно, так как скоростной и вихревой си налы взаимосвязаны, остается н;- изме чнай градуиравачная характеристика расхадамера, .:-корсетной сигнал, снимаемый с электпадав 4, усиливается усилителем 21 и через

".;.. кл Очaтелb 20 поступает на вход фаэо.О;а детек" ара 24, О фазового детектора

:. -;.;lR „:-.ние, пропорциональное расходу, !

UD83 регулятор чувствительности индика;: а 25 поступает на индикатор 26, hs индикаторе 26 регистрируется расхпд О, рапарцианальный подаваемому на ..=.: О .: И Г Н Я Л У

К2 Оско Go

Uo где Qo — калибровочное число расхадамера;

Uc o — амплитудное з;-:а ение напряжения cKopGcTHof 0 сиГнала;

K2. — коэффициент усиления усилителя скоростного сигнала.

В режим калибровки расходомер переводится nap : ключателем 20. При этом замыМ каются. контакты 19 и 23.

Под калибровочным числом расходомера для данной температуры измеряемой среды подразумевается постоянная величина, индуцируемая индикаторам в режиме

15 калибровки, паи которой расхадомер в режим измерения измеряет расход в натуоап:;>Hых единицах (л/с, м у с, кГ/с).

Калибровочные числа расходамера рассчитываются или определяются эксперимен20 тальна на градуиравочном стенде для ряда рабочих температур измеряемой среды.

Ви-ревой сигнал от усилителя 9 вихревого сигнала поступает на фазовый детектор

24 и через регулятор 25 чувствительности ин25 дикатора подается на индикатор 26, на котором и контролируется калибровочное число.

В случае изменения температуры измеряемой среды при помощи регулятора 25 чувствительности устанавливается соответст80 вующее данной температуре калибровочное число на индикаторе 26.

Способ измерения расхода электропроводящих сред по п.2. формулы изобретения осуществляется следующим образом..

85 B режиме измерения сигнал ат датчика

27 температуры псступает на масштабирующий усилитель 28. Усиленное напряжение ат датчика 27 температуры суммируется с напряжением стабильного источника 18 на40 пряжения. Очевидны следующие соотношения для сигналов, участвующих в работе устройства:

U = R3(Uo + K yT - KlU; (7)

Ul = IQ(Uo+ KyT — KlUbp)Sin Ся, (8)

45 где К вЂ” коэффициент усиления масштабирующего усилителя; у — чувствительность термопары

Т вЂ” температура измеряемой среды;

Ub = К401 (9)

Ub = Ub cos cot, (10)

Подставляя в (9) выражения (8) и (10), получим

Кз К4

К1ub, - „(U, + K yT).

При глубоковй отрицательной обратной связи(К1 > 1; Кз . К4» 1) с достаточной точностью К1 Ub = Uo+ К Т, т.е. усиленное вихревое напряжение будет равно сумме эталонного напряжения с усиленным напря7 i >492 жением от термопары. Следовательно, градуиравачная характеристика расхадомера будет меняться линейно в зависимости от температуры, Расчетом или на градуировочном стен- 5 де можно определить изменение калибровочного числа расходомера ЛО = Q1- Оо для конечных температур рабочего диапазона

Т1 и То Полагая, чта градуировочная характеристика в диапазоне температур Л Т вЂ” — 1Î

=Ti — То МЕНЯЕТСЯ ЛИНЕЙНО, КапИбРОВОЧНОЕ число 0о(Т) = Gо |1 +

ЛО (Т вЂ” То

С4 Т

На индикаторе 26 регистрируется расход 15 2 0ско и. + к (Т-1,) о

ЛQ Ò Т )

При коэффициенте усиления масштаби- 2О рующе. а усилителя

0,ЛС = ya.ЛТ расход

К2 0ско

О регистрируемый расхадомерам ва всем диапазоне температур Ь Т не зависит от температуры. 3 >

В режиме капиаровки Осуществляется контроль соответствия калибровочна а числа на индикаторе 26 калибровочному числу расходомера, рассчитанному ипи определенному из эксперимента дпя рабочей температуры измеряемой среды. Б случае несоответствия калибровочное числа восстанавливается гри помощи регулятора 25 . чувствительности индика-,ора.

Таким образом, предлагаемый способ, „

46 лзмерения расхсда эпектрапроводящих сред и устройства для его осуществления позволяют повысить та ность измере ия за счет исключения погрешностей, вызванных изменениями величины "концевых эффектов" в процессе эксплуатации; изменениями градуировочнай характеристики при. изменении температуры; нелинейнастью схем преобразования сигналов.

Формула изобретения

1. Спассб измерения расхода электропровадящих сред, заключающийся в измерении напряжения, пропорционального скорости движения среды, и напря>кения, пропорционального вихревым токам в среде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, напряжение, пропорциональное вихревым такам в среде, сравнивают с эталонным напряжением и разницу между ними поддерживают равной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя, а о расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях высоких и изменя ащихся температур, измеряют температуру среды, преооразуют ee e напря>кение, суммиру>от его с эталонным напря>кением и сравнивают с напряжением, пропорциональным вихревым токам в среде, а разницу напряжений поддерживают равной нул а путем регулирования така питания магнитной сист =. .мы, при этом коэффициент преобразования К удовлетворяет соотношснию

К = ЛО/О 0o/ АЛЬТ где ЛО/à — изменение градуировочной характеристики в диапазоне рабочих температур;

0о — эталонное напряжение;

ЛТ вЂ” диапазон рабочих температур;

1> — чувствительность измерителя та.-.:пературьь > СТРОйl Гва иЛЯ i ", >1 ЕПЕНИЯ Prgi i » аа электроправадящих сред, садеожащее измерител ьн ый канал с уста, -(авленн ь!ми на

HBM Основными и дОпалнительными эпект"

РОДЗМИ, Mã>ÃHÈT НУЮ СИСТЕМУ С КаТУШКаМИ, подключенными к выходу усилителя мощности, входам подключенного к генератору, предварительные усилл1 ели соатввтс . венHG скоростных и вихревых сигналов, подключенные к основным и допалнител".Hi-.iì электродам, переключатель, фазовый детехтОр, регулятор чувствительности Yi индика Ор, отл и ч а ю щ е 8 с я тем, чта, с целью повышения точности измерения, в нега введены истсчник стабильнага напряжения, суммируюгцлй усилитель и "..хема выборки и хранения, генератор выполнен цифровым, причем выход предварительнога усилителя скоростнога сигнала подключен к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходом предварительного усилителя вихревого сигнала и входом схемы выборки-хранения, второй вход которой саедине -.. вторым выходам генератора, а выход, подключен K инверсном входу суммирующего усилителя, прямой вход которога подключен к выходу источника стабильнoro напряжения, выход переключателя через последовательна соединенные фазовый детектор и регулятор чувствительности подключен к индикатору, "649279

Составитель В. Ярыч

Техред M. Mîðãåíòàë

Редактор Е. Копча

Корректор О. Кравцова

Заказ 1512 Тираж 430 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, 101

4. Устройство по п,3, о т л и ч а ю щ е ес я т ем, что, с целью повышения точности измерения в условиях высоких и изменяющихся температур, в него введены датчик температуры, установленный в измерительном канале, и масштабирующ;А усилитель, входом подключениый к датчику температуры, а выходом — к втор . му прямому входу суммирующего усили5 тел я.