Бесконтактный электромагнитный расходомер
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<1>836526 (63) Дополммтельмое к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.05,79 (21) 2762288/18-10 с прмсоедммеммем заявкм 14о (23) Приоритет (51)М. Кл.
G F 1/60
Госудврствеииый. комитет
СССР по делам изобретеиий и открытий
Опубликовано 070681. Ьюллетемь 89 21 (5Э) УА (681. 121:
538 52(088 8) Дата опубликовамия опмсаммя 10.0681 (72) Авторы аобретеммя
Ю. И. Грибанов, П. К. Карпов, В.П. . и Ю.В. Александров (11)- Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГHHTHblA
РАСХОДОМЕР
Изобретение относится к устройству для измерения расхода жидких металлов индукционным методом.
Известны устройства, содержащие, датчик на Ш-образном магнитопроводе с двумя обмотками возбуждения и приемной обмоткой. При нулевом расходе металла в трубе противофаэные магнитные потоки компенсируются и ЭДС приемной обмотки отсутствует. В зависимости от скорости циркуляции металла в трубопроводе происходит деформация магнитного поля и в приемной обмотке появляется ЭДС с амплитудой, зависимой от скорости циркуля- 15 ции. Отсчет расхода производится по шкале измерителя ЭДС, связанного с приемной обмоткой датчика 11 .
Описанные устройства имеют большие погрешности из-за термонеста- 20 бильности магнитных контактов полюсов датчика со стенкой трубопровода, эффектов плохого смазывания стенки трубопровода циркулирующего металла в зоне полюсов датчика, а также загрязнений и примесей жидкого металла, окисления внутренней поверхности трубопровода.
Известны также устройства, содержащие накладной Ш-образный датчик 30 с намагничивающими и приемными. индукторами, расположенными соответственно на среднем и крайних зубцах Ш-образного магнитопровода, генератор тока возбуждения датчика, усилители скоростного и вихревого сигналов, два детектора, измеритель отношения, индикатор расхода и источник питания, причем один выход генератора тока возбуждения связан с возбуждающими катушками датчика, а второй его выход — с управляющими входами фазовых детекторов, сигнальные входы детекторов связаны через усилители с приемными катушками датчика, на которых выделяется скоростная и вихревая компоненты принимаемых датчиком сигналов. Эти сигналы поступают через усилители и детекторы на измеритель отношений, выход которого связан с индикатором расхода Е21
Недостатками этого устройства, снижающими точность показаний, надежность и удобство эксплуатации, являются низкая точность измерений расхода жидкого металла с плохим смачиванием стенКи трубопровода в зоне полюсов датчика, погрешности, связанные C нестабильностью коэффициента отношения скоростного и вихревого
836526 сигналов, например вследствие нерав-: номерного окисления внутренней и внешней поверхности трубопровода.
Отмечается низкая надежность измерителя. Работа зависит от смачивания металлом стенки трубопровода, окисления смачиваемой поверхности, состояния магнитного контакта датчика со стенкой трубопровода.
Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений.
Эта цель достигается тем, что в бесконтактный электромагнитйый расходомер, содержащий генератор тока возбуждения, накладной датчик с ttl-образным сердечником и намагничивающими и приемными обмотками, причем каждая из двух приемных обмоток через усилитель переменного сигнала и детектор соединена с входами схемы отношения, выход которой соединен с ин- 20 дикаторним устройством; а .генератор .тока возбуждения соединен с намагничивающими обмотками и управляющими входами детекторов, дополнительно введены два управляемых ключевых коммутирующих элемента, два фильтра низких частот, анализатор знака, два линейно управляемых элемента временной задержки и разностный интегратор. Схема отношения выполнена в виде схемы преобразования обратной величины; датчик с Ш-образным сердечником выполнен с двумя обмотками только на крайних зубцах сердечника..
Детекторы выполнены в виде пиковых детекторов, причем выходы генератора тока возбуждения связаны с пиковыми детекторами и началами обмоток датчика. Общая точка последовательно соединенных обмоток соединена с корпу- 40 сом устройства, выход первого пикового детектора. через первый фильтр низких частот и первый .усилитель переменного сигнала связан с сигнальными входами обоих управляемых ключевых.4 коммутирующих элементов, выходы которых соединены со входами разностного интегратора. Выход разностного интегратора связан со входами индикаторного устройства и схемы отношения, выход которой соединен с управляющими входами обоих управляемых элементов задержки. Выход второго пикового детектора через второй фильтр низких частот и второй усилитель переменного сигнала связан со входом анализатора знака, выход которого через первый управляемый элемент задержки подключен ко входу второго управляемого элемента задержки и управляющему ходу первого управляемого клю- - d0 чевого коммутирующего элемента, а выход второго управляемого элемента задержки соединен с управляющим входом второго управляемого ключевого коммутирующего элемента;
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы; на фиг. 2,а показан вид сигнала генератора, по оси у отложено значение тока по времени, отложенному по оси х в произвольном масштабе; на фиг. 2,б показан вид сигнала на одной из обмоток датчика, на другой он аналогичен и смещен на время транспортного запаздывания t . Это амплитудно модулированный сигнал, по оси у отложено значение амлитуды напряжения, по оси х — время; на фиг. 2,в приведен выделенный пиковым детектором, фильтром и усилителем переменной составляющей усиленный сигнал, по оси у отложено текущее напряжение, по оси х — время, временной масштаб тот же, что и для диаграммы 2б; на .фиг. 2,г -такой же сигнал, выделенный другим каналом. Этот сигнал имеет вид сигнала диаграммы 2,в исмещен на t транспортное время прохождения потоком зон магнитного зондирования датчиками на фиг. 2,д приведен вид сигнала на выходе анализатора знака. Сигнал логического импульса отвечает одному знаку сигнала, а паузы — другому. По оси у отложено напряжение логического сигнала, по оси х — время (в масштабе фиг. 2,б-г); на фиг. 2,е показано соотношение времени транспортного запаздывания с и времени задержки первого элемента и t второго элемента задержки. Линия сноса (пунктир) показывает нахождение равнофазной для сигналов области в центре интервала времени задержки второго элемента задержки, которая устанавливается автоматически в работе устройства; на фиг. 2,ж изображена зависимость выходной величины напряжения от скорости потока, скорость потока отложена по оси х, по оси у отложено выхрдное напряжение.
Элементы устройства связаны между собой следующим образом.
Две секции обмотки датчика 1 соединены последовательно и подключены к выходу генератора тока возбуждения 2, к которому в этих же точках подключены входы пиковых детекторов 3 и 4.
Выходы детекторов через два многозвенных фильтра низких частот 5 и 6 подключены ко входам усилителей переменного сигнала 7 и 8, а выход уси лителя 7 связан с сигнальными входами двух управляемых ключевых коммутирующих элементов 9 и 10, выходы которых, в свою очередь, связаны со входами схемы соотношения 11. Выход усилителя переменного сигнала 8 подключен через анализатор знака 12 ко входу первого управляемого элемента задержки 13, выход которого связан со входом второго элемента задержки 14 и с управляющим входом первого управляемого ключевого коммутирующего элемен836526 сигнала, прошедшего различные ступени задержки 13 и 14, на выходе схемы, соотношение напряжений изменяется так, что этот сигнал, пройдя через схему обратной величины 16, управляет обеими схемами задержки, приближая различно задержанный сигнал одной и обеими схемами задержки к равному (положительному и отрицательному) сдвигу фаз относительно запаздывающего сигнала. При этом устанавливается компенсация
t<
t t 2 r t где t — время относи тель ного смещеВ ния сигналов; — время задержки первого эле1 мента; — время задержки второго элей мента.
Время задержки второго элемента дпя лучшего временного разрешения выбрано меньшим., чем время задержки первого элемента задержки, что дости- . гается выбором различных коэффициентов преобразования управляющих сигналов. При этом устанавливается по выходу разностного интегратора напряжение
КЕ
Выпас
2 где.U — выходное напряжение ин&bid тегратора;
К вЂ” коэффициент соответствия, Š— расстояние между зонами магнитного зондирования;
t — время задержки первого
1 элемента;
t — время задержки второго элемента задержки;
V — скорость.
Это напряжение подается на индикатор со шкалой отсчета скорости потока жидкого металла при нестационарном использовании предлагаемого устройства, или непосредственно в значения расхода при стационарном использовании на трубопроводе.определенного диаметра ° Формула изобретения
Бесконтактный электромагнитный расходомер, содержащий генератор тока возбуждения, накладной датчик с
Ш-образным сердечником и намагничивающими и приемными Обмотками, причем каждая из двух приемных обмоток через усилитель переменного сигнала и детектор соединена с входами схемы отношения, выход которой соединен с индикаторным устройством, а генератор тока возбуждения соединен с намагничивающими обмотками и управляющими входами детекторов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью та 9, а выход второго управляемого элемента задержки 14 связан с управляющим входом второго управляемого ключевого коммутирующего элемента 10.
Выход разностного интегратора 11 свя.зан с индикаторным устройством 15 и через схему преобразования обратной величины 16 — с управляющими входами обоих элементов задержки 13 и 14.
Средняя точка секций обмоток датчика соединена с корпусом усилителей измерительного устройства.
Рассмотрим работу устройства в динамике.
Турбулентность и неоднородности, переносимые циркулирующей внутри трубопровода жидкометаллической средой, 1с поочередно пересекают два зондирующих магнитных потока, создаваемых двумя обмотками датчика 1, размещенными на крайних зубцах Ш-образного магнитопровода, запитанными от ис- 2Р точника тока возбуждения 2. В качестве источника тока возбуждения используется генератор переменного тока с весьма большим внутренним сопротивлением. Выход генератора изолирован ный. На индуктивных сопротивлениях обмоток выделяется переменное напряжение. Переносимые потоки жидкого металла неоднородности и турбулентности создают колебания амплитуды переменного напряжения на обмотках датчика, разнесенные на величину транспортного времени переноса неоднородностей потоком жидкого металла между двумя зонами магнитного зондирования. Частота и амплитуда тока генератора воз35 буждения выбраны достаточными для ° глубокого проникновения сквозь стенку трубопровода в поток жидкого металла (например, 30 гц — 1 кгц;
0,1 а). 40
Пиковые детекторы 3 и 4 отсекают сигнал постоянной амплитуды, а многозвенные фильтры низких частот сглаживают пульсации несущей частоты, по-, стоянная составляющая не воспринимает-45 ся усилителями переменных сигналов 7 и 8, усиливающих флуктуацию прохождения неоднородностей переносимых потоком жидкого металла. Относительное временное смещение выделенных флуктуаций обратно пропорционально скорости контролируемого потока. Сигнал запаздывания подается на сигнальные входы ключевых коммутирующих элементов 9 и 10, а первичный сигнал— на анализатор знака 12, логический выходной сигнал которого проходит ступени обоих элементов линейно управляемых.злементов задержки 13 и 14 и подается на управление ключевых коммутирующих элементов 9 и 10. Вы- gp ходы ключевых коммутирующих,элементов 9 и 10 подключены ко входам суммирования и вычитания схемы соотношений 11. В зависимости от величины сдвига фаз запаздывающего сигнала и 65
836526 повышения точности и. надежности, в схему расходомера дополнительно введены два управляевеюх ключевых коммутирующих элемента, два фильтра низких частот, анализатор знака, два линейно управляеьых элемента временной задержки и разностный интегратор; схема отношения выйолнена в виде схе-. мы преобразования.обратной величины; датчик с Ш-образным сердечником выполнен с двумя обмотками только на крайних зубцах сердечника, детекторы выполнены в виде пиковых детекторов, причем выходы генератора тока возбуждения связаны с пиковыми детекторами и началами обмоток датчика; общая точка последовательно соединенных обмоток соединейа с корпусом устройства, выход первого пикового детектора через первый фильтр низких частот и первый усилитель переменного сигнала связан с сигнальньеюи. входами обоих управляемых ключевых коммутирую щих элементов, выходы которых соединены со входами разностного интегратора, выход разностного интегратора связан со входами индикаторного устройства-и схемы отношения, выход которой соединен с управляющими входами обоих управляемых элементов задержки; выход второго пикового детектора через второй фильтр низких частот н второй усилитель переменного сигнала связан со входом анализатора знака, выход которого через первый управляемый элемент задержки подключен ко . входу второго управляемого элемента задержки и управляющему входу первого управляемого ключевого коммутирующего элемента, а выход второго управляемого элемента задержки соединен с управляющим входом второго управляемого ключевого коммутирующего элемента.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Циркунов В.Э. Жейгур Б.Д., Саймонс Г.Я. и Кальнинь Р.К. Бескон20 тактный контроль потока жидких металлов. Рига, "Знание", 1973, с. 22.
2. Циркунов В.Э., Жейгур Б.Д., Саймонс Г.Я. и Кильнинь Р.К. Бесконтактный контроль потока жидких меg5 таллов. Рига, "Знание", 1973, с. 236 (прототип).
836526
Составитель С. Лебедев
Редактор О. Филиппова Техред Л. Пекарь . Корректор О. Билак
Тираж 702 Подписное.
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеннй и открытий ..
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Закаэ 3101/32
Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4
