Электромагнитный расходомер с частотным выходом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и) 746481

Ф ) р М фа, Ь ф — ==* (61) Дополнительное к авт. свид-ву " (22) Заявлено 04.05.78 (2I ) 26 10253/18-10 (5l.)M. Кд. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Й 01 % l/88

Государственный квинтет

СССР по лелея изобретений и открытий

Опубликовано 07 07 80 Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 10,07.80 (53) УДК, 681..12:538 52 (088.8) Ю- А. A. Вирбалис, С, С, Берташтос, P. С. Вайкасас и A.— A. П. Раджюнас (72) Авторы изобретения

Каунасский политехтптческий институт им. Антанаса Снечкуса (7!) Заявитель. е. (54) электРОмлГнитныЙ РАсходомеР;", " = "- -""-"-" "d ": .,". с чл тотным выходом

Изобретение относится к области измерения расхода и количества жидкостей ,электромагнитными расходомерами.

Известны расходомеры с компенсационной схемой преобразования выходного сигнала датчика в частоту, однако такая схема сложна, Кроме того, для возбуждения датчика промышленной частоты требуется значительная мошность. Известны электромагнитные расходомеры, в

t0 которых частота возбуждения равна выходной частоте. При небольшой выходной частоте это дает существенный выигрыш по мощности возбуждения. т5

Они содержат датчик, формирователь магнитного поля, усилитель сигнала датчика, схему управления, основную и дополнительную схемы сравнения, выходы которых присоединены ко входу схемы управления, и генератор тока треугольной формы. Мошность возбуждения такого расходомера при той же чувствитель-. ности, как минимум, в два раза мень2 ше, чем при возбуждении током прямоугольной формы P)

Недостатком такого устройства яв- ляется отсутствие обратной связи по . току возбуждения магтпттного поля. Поэтому любые изменения сопротивления катушки формирователя магнитного поля, сопротивления линии или контактных соедтптеттий между генератором и формирователем ведет к ухудшению линейности изменения возбуждаемого магнитного поля и т м самым к увеличению погрешности измерения (2)

Другим серьезным недостатком является то, что дополнительная схема сравнения подключена к измерительному сопротивлеттию, на котором выделяется напряжение, пропорциональное току возбу-ждения магнтгтттого поля. Любая схема сравнения обладает некоторой погрешностью срабатывания. Если установить уровень ее срабатывания точно на нуль, то из-эа погрешности она будет срабатывать как при значениях выше, так и

81 4 с обшей точхой схемы.

3 7464 ниже нуля. В этом случае для надежного срабатывания схемы необходимо двух.полярное питание выходного каскада генератора тбка, что значительно услож-, няет.схему. Если же питание однополярное,j5 то порог срабатывания необходимо уста- иавщтать выше нуля таким образом, чтобы схема в любом случае уверенно срабатывала. А это приводит к дополнительной погрешности измерения. Чтобы lo р"йссИатриваемая схема не теряла работоспособности при внезапных остановках потока жидкости, как правило, необходима еще одна схема сравнения, подключенная к измерительному сопротивлению. Она ls должна переключать направление измене- . йия тока возбуждения при достижении"им ыксимально допустимого значения. Исрользование же одной схемы сравнения для определения ках нуля, так и макси- 20 мального значения тока (наприлер, триггера Шмитта), ведет к уменьшеййю точйости определения нуля, а тем самым к дополнительной погрешности преобразованияе 25

Целью изобретения является повышение точности измерения -расхода и количества жидкостей а также упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что генератор тока треугольной формы состоит, 30 из источника прямоугольных импульсов чередующейся полярности, операционного усилителя, эмиттерного повторителя и выходного каскада усиления с общим э итФером: на транзисторе, в качестве коллекторной нагрузки которого включена катушка возбуждения магнитного поля, соединенных последовательно, а тахже обмотки обратной связи, намотанной на катушку возбуждения и включенной между общей 4р точкой схемы и инвертирующим входом операционного усилителя; дополйительная схема сравнения выполнена в виде триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу операционного усилителя. 45

На чертеже 1 представлена структурная схема устройства, Датчик расходомера содержит трубу из немагнитного материада с электродами 1. Усилитель 2 содержит усилитель сумматор .3, к которому" подводится измеряемый сигнал и опорное напряжение

Е,, снимаемое с обмотки обратной связи

4, и дифференциальный урилитель 5. Неинвертируюший вход усилителя 5 соеди- нен с выходом усилителя-сумматора 3, а х инвертирующему входу подключен конденсатор 6 и через ключ 7 - выход усилителя 5. Другой выход конденсатора 6 соединен с общей точкой схемы. Вход сравнивающего устройства 8 подключен к выход. дифференциального усилителя 5, а выход — ко входу схемы управления 9, которая управляет ключем 7 и источником прямоугольных импульсов чередуюшейся полярности 10. Импульсы . с источпика 10 подаются на неивертирующий вход операционного усилителя 11, инвертируюший вход которого соединен с обмоткой обратной связи 4, а выход с эмиттерным повторителем 12, с выхбда которого сигнал подается на базу транзистора 13. К коллектору транзистора 13 подключена катушка формирователя магнитного поля 14, а эмиттер соединен

К выходу операционного усилителя 12 подключен вход триггера Шмитта 15, выход которого соеДинен с устройством управления 9.

Если на вход операционного усилителя 11 будет подан положительный импульс с выхода источника 10, ток в катушке 14 начнет возрастать, Операционный усилитель 11, эмиттерный повторитель 12, транзистор 13 со своей нагрузкой и катушха обратной связи 4 фактически представляют собой схему статического автокомпенсатора, которая поддерживает практически равным амплитуде управлшощего импульса напряжение на катушке обратной связи 4. Так как это напряжение является мерой скорости изменения магнитного поля ею охватываемого, то при неизменной амплитуде управляющего импульса магнитное поле будет возрастать линейно. При пе реключении полярности управляющего им пульса на отрицательную, ток, а тем самым и магнитное поле начинают линейно убывать.

Линейность как возрастания, так и убывания магнитного паля определяется коэффициентом усиления всего тракта генератора при разомкнутой обратной связи и стабильностью амплитуды управляющего импульса. Поэтому такая схема позволяет обеспечить очень высокую линейность изменения магнитного поля и тем самым исключить погрешность измерения из-аа нелинейности магнитного ноля.

Полупериод роста магнитного поля является измерительным, а полупериод убывания — обратным полупериодом, При протекании через датчик жидкости, расход которой измеряется на электро5 7464 дах, выделяется сумма ЭДС треугольной формы, пропорциональной скорости потока: полезного сигнала и пол ехи.

На входном усилителе-сумматоре 3 к этому сигналу добавляется опорное напряжение, представляющее собой прямоугольные импульсы чередующейся полярности.

Полярность этик импульсов должна быть

npo THBonoJIo>KEIoH no JIBpHoc TH полезного сигнала. С выхода усилителя-сумматора 3 1о сигнал поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 5. В обратный полупериод ключ 7 замкнут, усилитель 5 охвачен 100%-ной отрицательной обратной связью и на емкость 6 поступает напряжение, практически равное выходному на. пряжению усилителя-сумматора 3, В моI 1 мент переключения обратного полупериода в измерительный на емкости поминается" действующее на выходе уси- 20 пителя-сумматора 3 напряжение. Оно фактически равно напряжейию помех, так как в этот момент магнитное поле, а тем самым и полезный сигнал равны нулю, 25

В измерительный полупериод ключ 7 разомкнут и усилитель 5 усиливает разность между выходным сигналом усилителя-сумматора 3 и напряжением на емкости 6, На выходе дифференциального. ЗО усилителя 5 действует сигнал

Кс (Š—.е ), где Ер — опорное напряжение, Кс — полезный сигнал, линейно изменяющийся с нуля, а Кс — коэффициент усиления усилителя-сумматора 3. Пока мало, на выходе усилителя 5 будет максимальное значение попожигепьного выходного напряжения. Когда 0с становится примерно равным Ео, выходное напряжение начинает резко убывать и в 40 момент, когда С = Е становится равным нулю. В этот момент срабатывает схема сравнения 8, которая переключает схему управления 9. Схема

S управления 9, в свою очередь, замыкает 45 ключ 7 и переключает в источнике импульсов чередующейся полярности 10 полярность управляющего импульса на отрицательную. Начинается обратный полупериод, 50

При уменьшении магнитного поля, а тем самым и тока в катушке 14, напряжения на выходе операционного усилите55 ля 11 находится в определенной области положительных значений, соответствующих области напряжений на базе транзистора

13 при изменении коллекторного тока

81 6 в заданной области. В этот момент, ког-. да значение в катушке 14 достигает нуля, напряжение па обмотке обратной связи становится равныл4 нулю, дифференциальное значение входного напряжения растет и выходное напряжение усилителя 11 резко падает до- л аксимапьного отрицательного значения. Если минимальный уровень срабатывания триггера Шмитта 15 установлен равным или близким к нулю, то в момент равенства тока возбуждения нулю он переключится и тем самым переключит схему управления 9, которая вновь переключит все устройство в измерительный полупериод.

Максимальный уровень срабатывания триггера Шмитта 15 следует установить близким к предельному выходному положитепьнол у напряжению операционного усилителя 11, Если в измерительном полупериоде по каким-либо причинам схема сравнения 8 не сработает, то йри достижении током в катушке 14 максимального значения рост его прекратится, напряжение обратной связи уменьшится, и вь1ходное напряжение операционного усилителя 11 резко возрастет. Триггер Шмитта 15сработает и переключит схему управления 9 в обратный полуперчод. Устройство не потерят работоспособности.

Подключение входа триггера Шмитта

15 к выходу операционного усилителя 11 позволяет очень точно и надежно определить как момент достижения током катушки возбуждения формирователя магнитного поля нуля, так и макстимального значения, Причем максимальный и мини мальный уровни срабатывания триггера

Шмитта 15 могут быть установлены и не очень точно, главное, чтобы они были соответственно выше и ниже пределов рабочей зоны вы одного напряжения операционного усилителя 11.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, формирователь магнитного поля, усилитель сигнала датчика, схему управления, основную и дополнительную схемы сравнения, выходы которых присоединены к схеме управления, и генератор тока треугольной формы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода, генератор тока треугольной формы состоит из источника прямоугольных импульсов чередующейся, 55

ЦНИИПИ Заказ 4722/51 Тираж 801 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 полярности„ операционного усилителя, эмиттерного повторителя и выходного каскада. усиления с общим эмиттером на транзисторе, в качестве коллекторной нагрузки которого включена катушка возбуждения формирователя магнитного поля, соединенных последовательно, а . также из обмотки обратной связи,. намотанной на катушку возбуждения и включенной между точкой схемы и инвертирующим входом операционного усилителя, а дополнительная схема сравнения выполнена в виде триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3260109, кл. 73-194 ЕМ;

2. Авторское свидетельство СССР

1о М 546781, кл. С 01 Р 1/58, 1974 (прототип)