Электромагнитный расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03. 05. 79 (21) 2760971/18-10 (51) М. Кл., С О1 Г 1/60

0 01 Р 25/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государетвенный комитет

СССР

Ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 28.02.81. Бюллетень N9 8

Дата опубликования описания 07. 03. 81 (53) УДК 681. .121(088.8) (72) Автор изобретения

И. П. Квасневский б

Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики.Института физики AH Латвийской ССР (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерению1 расхода электропроводящих сред бесконтактным способом.

Известны электромагнитные расходомеры, содержащие индуктор пульсирую5 щего поля и приемный индуктор с одной группой катушек (11.

Известны также измерители скорости жидкого металла, содержащие намагничивающий индуктор пульсирующего магнитного поля и приемный индуктор с двумя группами катушек, одна из которых устанавливается в максимуме поля возбуждения, другая — в местах нулевого значения этого поля L2j. 15

Катушки, устанавливаемые в максимумах поля возбуждения, подключа:отся к схеме компенсации трансформаторной помехи, далее к измерительному усилителю вихревого сигнала и схеме 20 отношений, Катушки в местах нулевого значения поля подключаются к измерительному усилителю скоростного сигнала и далее к схеме отношений.

О величине расхода судят по отношению "коростного и вихревого сигнала.

Недостатком известных измерителей является требование полной идентич- . ности как электрических параметров обеих групп катушек (количество 30 витков, их размер и т,д.), так и их магнитных цепей. Практически эти условия невыполнимы, в связи с чем известные измерители требуют индивидуальной градуировки, причем, поскольку параметры магнитных цепей зависят от величины зазора, то и градуировка должна вестись для конкретного зазора. Изменение же зазора при переустановках датчика с градуировочного стенда на рабочий, либо при изменениях температуры приведет к дополнительной погрешности измерений.

Второй недостаток известных измерителей связан с требованием,— идентичности двух трактов усиления и обработки сигнала — вихревого и скоростного. Их неидентичность и неидентичное изменение при, прогреве прибора приводит также к дополнительной погрешности измерений.

Кроме того, дополнительная погрешность измерений может быть вызвана возможными изменениями сигнала в катушке, расположенной в точке максимума поля (например, из-за нагреаа датчика) или сигнала компенсации. Проконтролировать и устранить эти изменения в известных измерите808852 лях можно только в случае опорожнения канала измерителя, что во многих реальных установках недопустимо.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что у электромагнитного расходомера, содержащего индуктор пульсирующего магнитного поля, источник питания, индикаторную катушку и измерительную схему, содержащую блок компенсации, соединяемый с индикаторной катушкой, индикаторная катушка установлена на индукторе на расстоя1 нии от до «4 полюсного деления индуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерительную схему введены фазовращатель, фазовый детектор, переключатель и квадратурный блок, причем один вход фазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, а переключатель соединяет фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом фазового детектора непосредственно или через квадратурный блок.

На чертеже изображена схема рас-, ходомера.

Электромагнитный расходомер содержит индуктор 1, который имеет синусоидально распределенную обмотку 2, получающую питание от источника 3 .(индуктор может быть цилиндрическим,,плосколинейным и в этом случае обычно применяются два индуктора, устанавливаемые один напротив другого).

Проводящая среда 4 расположена в зазоре инцуктора 1. Индукторная катушка 5 располо><ена на. индукторе на расстоянии /4 —

7, подключенного к выходному прибору 8. Вход опорного напряжения фазового детектора 7 соединен с источником 3 питания через фазовращатель

9, переключатель 10 и квадратур ный блок 11.

Расходомер работает следующим образом.

При включении расходомера в зазоре индуктора (имеется в виду зазор в цилиндрическом индукторе, либо зазор между двумя плоско-линейными индукторами.) возникает пульсирующее магнитное поле, являющееся суперпоэицией двух встречно-бегущих с одинаковой скоростью полей (распределение индукции и В показано над индук-, тором 1),, B индикаторной катушке 5, расположенной на расстоянии ®/4- /8 (далее для определенности рассматри,вается расстояние t/6),встречно-бегу щие компоненты суммируются под углом (T — > ),т.е. наведенная в

Ltt L, т ней ЭДС равна 1/2 от ЭДС которая была бы наведена в той же катушке, если бы она была размещена в точке максимума индукции (на расстоянии

"/2 от места с нулевым значением индукции). Установкой переключателя 10 в положение 1, опорное напряжение на фазовый детектор 7 подается от источника 3 питания через фазовращатель

9, минуя квадратурный блок 11. Регулировкой фазовращателя 9 опорное напряжение на фазовом детекторе 7 настраивается в квадратуру с прямой

ЭДС, наведенной в индикаторной ка15 тушке 5, о чем можно судить по нулевому показанию выходного прибора

8. Установкой переключателя 10 в положение 11 в цепь опорного напряжения фазового детектора 7 вводитЯ ся квадратурный блок 11, который разворачивает фазу опорного напряо жения на 90, т.е. опорное напряже- . ние становится синфазным с наведенной прямой ЭДС в индикаторной катушке 5, в результате чего выходной прибор 8 зафиксирует максимальный сигнал. Регулировкой блока б компенсации проводится полная компенсация прямой ЭДС, наведенной в катушке

5 первичным магнитным полем, в результате чего выходной прибор 8 вновь зафиксирует нуль.

При введении в зазор проводящей среды 4 и включении переключателя

10 в положение- 1 выходной прибор 8 зафиксирует величину, пропорциональную ЭДС, наведенной в индикаторной катушке 5 вторичным магнитным полем (поскольку эта ЭДС находится в квадратуре к прямой ЭДС от первичного магнитного поля). При этом необхо-димо иметь в виду, что вторичное магнитное поле, как и первичное, является суперпозицией вторичных магнитных полей встречно-бегущих компонентов, т.е. суммирование этих компонент происходит под тем же углом, что и у первичных полей, т.е. в данном случае в место расположения индикаторной катушки под углом ("/z — +j6) и, следовательно, сигнал на выходе фазового детектора 7 будет пропорционален амплитуде одной бегущей компоненты вторичного поля.

Если при наличии в зазоре электропроводящей среды переключатель 10

55 установлен в положение 11, выходной прибор 8 покажет нулевое значенйе, поскольку появившаяся в индикаторной катушке 5 ЭДС от вторичного поля находится в квадратуре к опорному щ напряжению разового детектора 7 из-за введения в данном положении переключателя в цепь опорного напряжения квадратурного блока 11 °

Если же проводящая среда 4 начинает двигаться, то величина одной

808852

5D нз компонент бегущего магнитного поля будет узеличиваться(той, которая движется навстречу проводящей среды), а у другой - уменьшаться (той, у которой напряжение движения совпадает с направлением .движения среды). В итоге. на выходном приборе 8 появится сигнал, пропорциональный скорости движения среды

4. В случае, когда скорость движения среды будет равна скорости дви-. жения, совпадающей с ней по наг.равлению бегущей компоненты поля, то этой компоненты вторичное магнитное . поле равно нулю, а у другой компоненты будет равно удвоенной величине.

В этом случае сигнал на выходе фазового..детектора, пропорциональный

ЭДС наведенной в индикаторной катушке вторичным магнитным полем, будет пропорционален Uc. =2Ввт.ввг s1n (- /4 )=

1 732 Вэт.веГ. и соответствует скорости движения среды 2Т (т.е. скорости движения) бегущей компоненты магнитного поля7, где à — полюсное де- ление индуктора, f — частота тока питания. Сигнал же, пропорциональный

В Вт,5Er. известен по показанию вторичного прибора в положении 1 переключателя 10.

Итак, в положении 1 переключателя

10 осуществляется градуирование расходомера, т.е. определение величины сигнала, соответствующего скорости движения среды, равной 2 Х; в положении 11 — измерение расхода по показаниям вторичного прибора 8.

Из описанного принципа ясно, что проверку градуировкн можно проводить как при неподвижной так и движущейР ся среде, а контроль нуля (т.е. устранение возможных уходов из-за нагрева индуктора или блока компенсации) можно осуществлять как при отсутствии, так и при наличии неподвижной проводящей среды в зазоре индуктора.

Размещение индикаторной катушки на расстоянии

Размещение индикаторной катушки на расстоянии /6 от точки с нулевым значением индукции целесообразно применять при средних расходах, которые чаще всего встречаются на практике (при этом соотношение калибро; вочного сигнала и сигнала расхода равно 1:1,732, а на расстоянии

Размещение индикаторной катушки на расстоянии более /4 от точки с нулевым значением индукции приводит к снижению точности, поскольку калибровочный сигнал становится больше сигнала расхода. Применение расстояний менее т/8 практически невозможно реализовать нз-за конечных размеров обмотки и зуба индуктора.

Кроме того, калибровочный сигнал становится настолько малым, что на точность работы прибора начинают влиять аппаратурные эффекты.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер, содержащий нндуктор пульсирующего магнитного поля, источник питания, индикаторуню катушку и измерительную схему, содержащую блок, компенсации, соединенный с индикаторной катушкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности. измерения, индикаторная катушка установлена на индукторе на расстоянии оТ 1/8 до

1/4 полюсного деления индуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерительную схему введены фазовращатель, фазовый детектор переключатель и квадратурный блок, причем один вход фазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, а переключатель соединяет фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом фазового детектора непосредственно илн через квадратурный блок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании, 9 977911, кл. G 1 й, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

9 286266, кл. 6 01 F 1/58, 1969 ,(прототип) 808852

Составитель С. Лебедев в УЫ Ф,Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035 Москва Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

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