Электромагнитный расходомер с частотным выходом

 

Г. (721 Авторы изобретения

P.Ñ.Âàéêàcàñ и И.А.А.Вирбалис

f ,внаса Снечкуса

Каунасский политехнический институт им. (73) Заявятель (54 ) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

Изобретение относится к измерению расхода и количества жидкостей электромагнитным методом.

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенса" ционной схемой преобразователя сигнала датчика в частоту. Они содержат два канала преобразования, в каждом из которых имеются фазовые детекторы, преобразователи напряжение-частота и частота-напряжение с соответствующими фильтрами 513 .

Однако схемы таких расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой, поэтому для возбужде" ния требуется значительная мощность.

При промышленной частоте имеется довольно значительная трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал.

Известны также электромагнитные расходомеры с частотным выходом, содержащие датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор, тока треуголь ной формы, два сравнивающих устройства, устройство управления генератором, преобразователь "напряжение период" и амплитудный детектор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, выходы обоих сравнивающих устройств подключены к последовательно соединенным устройству управления генератором„ генератору тока треугольной формы и обмотке возбуждения магнитного rioля, входы второго сравнивающего устройства и амплитудного детектора под15 . ключены к обмотке возбуждения магнитного поля, а выход амплитудного детектора подсоединен к преобразователю

"напряжение-период" 521.

Основным недостатком таких расходомеров является узкий диапазон расходов в котором измерение произвоУ дится с минимальной погрешностью.

Так, если такой электромагнитный рас0 .ф стоты, сигнальный вход которого соединен с выходои первого сравнивающего устройства, вход второго сравниваю-, щего устройства соединен с генераторои тока треугольной формы.

На чертеже приведена функциональная схема расходоиера.

Расходоиер состоит из датчика электроды которого подключены к усилителю 2 сигнала датчика, выход которого подключен к первому сравнивающему устройству 3. Иагиитное иоле в датчике создает обмотка 4 возбуждения магнитного поля, подключенная к генератору 5 тока треугольной формы, вход которого соединен с устройством управления генератором 6. Ко входу последнего подключены выходы первого 3 и второго 7 сравнивающих устройств, причеи вход устройства 7 присоединен к генератору 5 тока треугольной формы. Опорное напряжение устройства 3 задается управляемым делителем 8 опорного напряжения, вход которого присоединен к переключателю 9 диапазонов, Ко входам последнего подключены выходы первого компаратора 10 и второго компаратора 11. первый вход первого компаратора 10 подключен к выходу интегратора 12, подключенного своим входом к выходу управляеиого делителя 8 опорного напряжения. Первый вход второго коипаратора 11 подключен к выходу интегратора 12 через делитель выходного сигнала интегратора 13, а вторые входы обоих компараторов 10 и 11 подключены к выходу усилителя 2 сигнала датчика. К выходу сравнивающего устройства 3 подключен делитель частоты 14 управляющий вход которого подсоединей к переключателю диапазонов 9, а выход является выходом расходомера.

Расходомер работает следующим образом.

В момент включения расходомера ток на выходе генератора 5 тока треугольной фориы начинает линейно возрастать. При этом линейно растет магнитное поле в датчике 1 и полезный сигнал на eãî электродах, а также на выходе усилителя 2. Это — измерительный полунериод. И момент достижения выходным сигналом усилителя

2 опорного напряжения 1, равного выходному сигналу управляемого делителя опорного напряжения 8, срабаты- вает первое сравнивающее устройства 3. Оно воздействует на устройст3 91699 ходомер расчитан на некоторый мини" мальный расход Одын при измерении которого погрешность измерения не будет превышать заданной величины, то отношение максимального и минимального расхода -;-„ в диапазоне которых погрешность не растет, обычно не превышает. 3-4. При дальнейшем увеличении этого отношения появляется нелинейность характеристики f= f (((), а также 1е начинает резко возрастать aorpemность измерения. Это связано с тем обстоятельством, что со значительным ростом измеряемого расхода очень уменьшается амплитуда индукщии магнитного поля, а, тем самым, н тока возбуждения. При этом резко возраста-: ет вес погрешностей иэ-за инерцион. ности переключения направления изме. кения магнитного поля и иэ-за дейст-. 29 вия различных помех.

Цель изобретения — увеличение точности измерения в широком диапазоне измеряемых расходов.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий дат,:чик., усилитель сигнала датчика, обмот1 ку возбуждения магнитного поля, два сравнивающих устройства, генератор тока треугольной формы и устройство управления генератором, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к первому сравнивающему устройству, а выходы обоих сравнивающих устройств подключены к последова- З тельно соединенныи устройству управления генератором, генератору тока треугольной фориы и обмотке возбуждения магнитного поля, дополнительно снабжен двумя коипараторами, интегратором, управляеиыи делителем опорного напряжения, переключателем диапазонов, делителем выходного сигнала интегратора и делителем частоты, причем первые входы обоих компараторов подключены к выходу усилителя сигнала датчика, выход интегратора подключен к второму входу первого коипаратора и через делитель выходного сигнала интегратора - к второму входу второго компаратора, выходы обоих компараторов подключены к переключателю диапазонов, один выход которого через управляемый делитель напряжения подключен к второму входу

4 первого сравнивающего устройства и к входу интегратора а второй выходУ к управляющему входу делителя ча16990 6

Коэффициент деления д,; делителя 13 определяет отношение максимального и минимального расходов, g.еь

N Дф в диапазоне. Если пп, где

Ъ

5 + =coAst, f=l,2,3... — номер диапазона, то при переключении устройства с одного диа/назона в соседний Цгиа и Явь., соответственно, увеличатся в п раз, если срабатывает первый ком10 паратор 10, и уменьшается в пр раз, если срабатывает второй компаратор

Il. При этом их отношение т останется неизменным. Для правильной работы схемы необходимо выполнение усло-.

И вия m Ъ и» . Подставив в выражение для

Ябк„ значение f и при этом учитывая, а Еа что Ep "- вЂ, получаем, что выходная частота f = †пропорциональна расК1а и ходу жидкости, причем передаточная

?и функция расходомера не зависит от диапазона, в котором производятся измерения.

llредлагаемая схема устройства позволяет значительно расширить диапа?5 зон расходов, измеряеМых с погреш- . ностью, не превышающей заданную. Действительно, ведь во Всех диапазонах независимо от значения и значение частоты срабатывания йервого. срав5О нивающего устройства 3, а следовательно, и выходной частоты генератора 5 лежит в одних и тех же пределах

f =f «, причем Фтач/f „=m. Это происходит потому, что при переключении соседних диапазонов наряду с увеличением или уменьшением Оп;ци Q ®. в п раз происходит соответствующее увеличение или уменьшение в и„ раз значения 1, . Поэтому имеется возмож"

4О ность выбрать диапазон частот, а, тем самым, и скорость изменения выходного тока генератора 5 таким, при котором погрешность для измерения будет минимальной при сохранении оптимальности других параметров рас" ходомера. Если при каком-то самом минимальном расходе Яп м « обеспечена заданная погрешность измерения, то, применяя предлагаемую схему расхо-.

50 домера с автоматическим переключением диапазонов, можно расширить диапазон расходов, измеряемых с заданной погрешностью в любое необходимое количество раз. формула изобретения

5 9 во управления генератором 6, которое переключае г схему расходомера на обратный полупериод. При этом ток на выходе генератора 4, магнитное поле в датчике, полезный сигнал на элек» тродах датчика и сигнал на выходе усилителя 2 линейно убывают. В момент достижения выходным током генератора 4 нулевого значения (при этом полезный .сигнал датчика и сиг« нал на выходе усилителя 2 тоже равны нулю) срабатывает второе сравнивающее устройство 7, которое воздействует на устройство управления генератором 6 а последнее вновь переводит схему расходомера в измерительный полупериод. Частота f срабатывания сравнивающего устройства

3, равная частоте генератора 5, т.е. частота возбуждения, будет прямо пропорциональна расходу Q и скорости изменения тока треугольной

1 формы Q и обратно пропорциональна опорному напряжению 1б: f= -Д, к394 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Если коэффициент деления делителя частоты 14 в данном положении переключателя 9 диапазонов равен и, то выходная частота делите" ля 14, являющаяся выходной частотой расходомера, будет 1

Переключатель 9 диапазонов меняет

/ свое сост ояние, когда срабатывает первый 10 или второй 11 компаратор.

При этом одновременно меняется коэффициент деления и делителя частоты 14 и делителя 8 опорного напряжения. При этом 1о, где E =const.

Ео

Первый компаратор 10 срабатывает, если крутизна изменения сигнала на.. выходе усилителя 2 больше, чем на вы- ходе интегратора 12. При его срабатывании коэффициент и уменьшается.

Второй компаратор 11 срабатывает, если крутизна изменения сигнала на выходе усилителя 2 будет меньше, чем на выходе делителя 13. Цри этом коэффициент г увеличивается.

Крутизна изменения сигнала на выходе усилителя 2 пропорциональна изме ряемому расходу. Поэтому для данного диапазона измерений порог срабатывания первого компаратора 10, определяющий максимально возможную крутизну сигнала усилителя 2 определяет максимальный расход Ц,, а по" рог срабатывания второго компаратора 11 определяющий минимальную крутизну — минимальный расход 0,/; .

Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датБНИИПИ Заказ 1871/59 Тираж 67! Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 91699 чнк, усилитель сигнала датчика, об,мотку возбуждения магнитного йоля, два сравнивающих устройства, гене- ратор тока треугольной форма и уст ройство управления генератором,,причем датчик череб усилитель сигнала датчика подключен к нх первому сравнивающему устройству, а выходы обоих сравнивающих устройств подключе- ны к последовательно соединенным I0 устройству управления генератором, генератору тока треугольной формы и обмотке возбуждения магнитного поля, отличающийся. тем, что, с целью увеличения точности измере- IS ния в широком диапазоне измеряемых расходов, он дополнительно снабжен, двумя компараторами, интегратором, управляемым делителем опорного напряжения, переключателем диапазонов, Зф делителем выходного сигнала интегра- . тора и делителем частоты, причем nepwe входы обоих компараторов подключены к выходу усилителя сигнала датчика, выход интегратора подключен к 2S второму входу первого компаратора и через делитель выходного сигнала интегратора - к второму входу второго компаратора, выходы обоих компараторов подключены к переключателю диапазонов, один выход которого через управляемый делитель опорного напряжения подключен к второму входу первого сравнивающего устройства и к входу интегратора, а второй выход — к управляющему входу делителя частоты, сигнальный вход которого соединен с выходом первого сравнивающего устройства, вход. второго сравнивающего устройства соединен с генератором тока треугольной формы, Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

Патент С61А И 3260!09, кл. 73-194, б7.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2817446 18/lO, кл. 6 О1 F 1/58, 1979.