CS257715B1

CS257715B1 - Connection of driving magnetic circuit for liquids' inductive flowmeter sensing unit

Info

Publication number: CS257715B1
Application number: CS862553A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Burger; Jaroslavsen; Oldrich Bar; Vladimir Sapara; Milan Otisk
Original assignee: Oldrich Burger; Sen Jaroslav; Oldrich Bar; Vladimir Sapara; Milan Otisk
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1988-06-15
Also published as: CS255386A1

Abstract

Očelem řešení je funkční sjednocení budicího magnetického obvodu čidla průtokoměru se střídačem s proudovou stabilizací jako jeho napájecího zdroje a docílení konstantní magnetické indukce v prostoru měřicí trubice při proměnlivých provozních podmínkách. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že výstupy budicích cívek jsou připojeny na budicí generátor s paralelně připojeným kondenzátorem, přičemž v indukční vazbě, budicími cívkami jsou cívky zdroje referenčního napětí umístěné ve vzduchové mezeře společného feromagnetického jádra. Ty jsou napojeny na usměrňovač, jenž je přes regulační potenciometr připojen k zesilovači, jehož výstup napojen na vstup regulačního stupně připojeného jednak k budicímu generátoru a jednak ke kladnému pólu zdroje, jehož druhý pól je napojen k uzemněnému středu budicích civek.The aim of the solution is functional unification excitation magnetic circuit of the flow sensor with current stabilizer as its power supply and achievement constant magnetic induction in space measuring tube with variable operating conditions. This purpose is achieved in that the excitation coil outputs are connected to the excitation generator with parallel connection capacitor, taking in inductive the coils are the coils of the source reference voltage located in the air the gap of the common ferromagnetic core. These are connected to a rectifier that is via potentiometer to an amplifier whose output is connected to control stage input connected on the one hand, on the driving generator and on the other hand the positive pole of the source whose second pole is connected to the grounded exciter center civek.

Description

Vynález se týká zapojení budicího magnetického obvodu čidla indukčního průtokoměru kapalin, tvořeného feromagnetickým jádrem se dvěma sériově zapojenými budicími cívkami, v jehož vzduchové mezeře je umístěna měřicí trubice se snímacími elektrodami.The present invention relates to an excitation magnetic circuit of a sensor of an inductive fluid flow meter consisting of a ferromagnetic core with two excitation coils connected in series, in the air gap of which there is a measuring tube with sensing electrodes.

čidla indukčních průtokoměru pracujících ve spojení s měřicími zesilovači mají cívky budicích obvodu napájeny bud střídavými, nebo stejnosměrnými přerušovanými proudy. Pro dosažení dobré stability a žádoucí přesnosti při měření průtoku se nejčastěji využívá třech způsobů zapojení čidel a zapojení měřicích zesilovačů. První způsob zapojení je založen na dodržení konstantního magnetického toku v pracovní mezeře čidla průtokoměru, které v tom případě může pracovat ve spojení s jednoduchým zesilovačem, majícím lineární průběh zisku.Inductive flowmeter sensors operating in conjunction with measuring amplifiers have either coil or DC interrupted currents. To achieve good stability and desirable flow measurement accuracy, three types of sensor wiring and measuring amplifier wiring are most commonly used. The first connection method is based on maintaining a constant magnetic flux in the working gap of the flow meter sensor, which in this case can operate in conjunction with a simple amplifier having a linear gain curve.

Z důvodů zvýšení přísnosti je mnohdy takový zesilovač doplněn fázově citlivým demodulátorem signálního napětí. Cívky magnetického obvodu jsou u tohoto druhu zapojení zpravidla napojeny na zdroj energie z elektrovodně sítě prostřednictvím stabilizátoru. Rovněž jednoduchý zesilovač s fázově citlivým demodulátorem bývá prostřednictvím napěťově stabilizovaného usměrňovače napájen z elektrovodně sítě.For reasons of increased stringency, such an amplifier is often supplemented with a phase-sensitive signal voltage demodulator. The coils of the magnetic circuit are usually connected to the power supply from the mains by means of a stabilizer. A simple amplifier with a phase-sensitive demodulator is also supplied from the mains by means of a voltage-stabilized rectifier.

Druhý způsob zapojení čidla průtokoměru a měřicího zesilovače je řešen tak, že stability a přesnosti měření je dosahováno automatickou regulací zisku v závislosti na změnách magnetického toku v pracovní mezeře čidla. Třetí způsob zapojení čidla a měřicího zesilovače využívá ke své činnosti impulsních zdrojů budicích proudů, kdy signalizační napětí je zpracováváno pomocí vzorkovacích zesilovačů.The second way of connecting the flowmeter sensor and the measuring amplifier is solved in such a way that the stability and accuracy of the measurement is achieved by automatic gain regulation depending on the changes of the magnetic flux in the working gap of the sensor. The third way of connecting the sensor and the measuring amplifier uses for its operation pulse sources of excitation currents, when the signaling voltage is processed by means of sampling amplifiers.

Všechy druhy zapojení indukčních průtokoměrů je nutno doplňovat pomocnými obvody, umožňujícími kompenzací rušivých signálu přicházejících převážné z elektrovodně sítě a majících podstatný vliv na přesnost měření. Kompenzace rušivých signálů je řešena např. pomocí filtrů, kompenzačních obvodů a řízené detekce. Výstupním obvodem měřicího kompenzačního zesilovače čidla průtokoměru je převodník stejnosměrného napětí - proud. Jiný způsob spočívá v tom, že signál z čidla průtokoměru je postupně zpracováván v symetrickém vstupním obvodu, zesílen, fázově demodulox-án a konvertován v převodníku napětí - proud.All types of induction flowmeters must be supplemented by auxiliary circuits enabling compensation of interfering signals coming mainly from the mains and having a significant influence on the measurement accuracy. Compensation of interfering signals is solved by filters, compensating circuits and controlled detection. The output circuit of the measuring compensation amplifier of the flowmeter sensor is a DC-to-current converter. Another method is that the signal from the flow meter sensor is gradually processed in a symmetrical input circuit, amplified, phase demoduloxane, and converted in a voltage-current converter.

V případě, že provozní podmínky neumožňují napájet průtokoměr z elektrovodně sítě, např. u mobilní techniky a k napájení musí být použito stejnosměrného zdroje, např. akumulátoru, musí být tento zdroj doplněn střídačem. Střídače ve spojení s akumulátory zajišťují přeměnu zdrojové stejnosměrné energie na střídavou s potřebnými napěťovými a kmitočtovými hodnotami. Hlavním nedostatkem těchto samostatných střídačů předřazených magnetickým obvodům průtokoměru jsou kromě jejich nízkých energetických transformátorů i nesinusové průběhy výstupních napětí s nežádoucím obsahem vyšších harmonických kmitočtů, působících deformačně také na průběh signálních napětí odebíraných z elektrod měřící trubice čidla průtokoměru.If the operating conditions do not allow the flowmeter to be fed from the mains, eg in mobile technology, and a DC source such as a battery must be used, this source must be supplemented by an inverter. The inverters in conjunction with the accumulators ensure the conversion of the source DC power into AC power with the necessary voltage and frequency values. The main drawback of these separate inverters upstream of the flowmeter magnetic circuits is, besides their low power transformers, also non-sinusoidal waveforms of output voltages with undesirable content of higher harmonic frequencies affecting the waveforms of signal voltages taken from the electrode of the flowmeter sensor.

S^e-lečnou nevýhodou všech popsaných zapojení budicích obvodů čidel indukčních průtokoměrů a jejich napájecích zdrojů je znáčná složistost, vyžadující bud stabilizovaný střídavý zdroj, složitý kompenzační zesilovač v případě napájení budoucích cívek z elektrovodně sítě, nebo nákladný a málo účinný střídač předřazený magnetickému obvodu indukčního průtokoměru, je-li tento napájen z akumulátorové baterie. Uvedené nedostatky podstatně snižují užitnou hodnotu přístrojového vybavení indukčních průtokoměrů.With the disadvantage of all the described circuits of the induction flow sensor sensors and their power supplies, there is a known complexity requiring either a stabilized AC power supply, a complex compensating amplifier for future coil power supply, or a costly and low efficiency inverter upstream of the inductive magnetic circuit. flowmeter if it is powered by a rechargeable battery. These drawbacks substantially reduce the utility value of the induction flow meter instrumentation.

Popsané nedostatky známého stavu techniky odstraňuje zapojení budoucího magnetického obvodu čidla indukčního průtokoměru kapalin, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že výstupy budicích cívek jsou připojeny na budicí generátor a paralelně připojeným kondenzátorem, přičemž v indukční vazbě s budicími cívkami jsou cívky zdroje referenčního napětí, umístěné ve vzduchové mezeře společného feromagnetického jádra. Cívky zdroje referenčního napětí jsou napojeny na usměrňovač, jenž je přes regulační potenciometr připojen k zesilovači, jehož výstup je přes optoelektrický převodník napojen na vstup regulačního stupně.The described drawbacks of the prior art eliminate the wiring of the future magnetic circuit of an inductive flow meter sensor according to the invention, characterized in that the excitation coil outputs are connected to the excitation generator and the capacitor connected in parallel, wherein the inductive coupling to the excitation coils located in the air gap of the common ferromagnetic core. The coils of the reference voltage source are connected to a rectifier, which is connected via a control potentiometer to an amplifier, whose output is connected via an optoelectric converter to the input of the control stage.

Ten je připojen jednak k budicímu generátoru a jednak k jednomu pólu zdroje stejnosměrného napětí, jehož druhý pól je napojen k uzemněnému středu budicích cívek.It is connected both to the excitation generator and to one pole of the DC voltage source, the other pole of which is connected to the grounded center of the excitation coils.

Propojením budicích cívek, budicího generátoru a kondenzátoru je vytvořen oscilátor, jehož amplituda je řízena regulačním stupněm, zařazeným do regulační zpětnovazební smyčky.By interconnecting the excitation coils, the excitation generator and the capacitor, an oscillator is created whose amplitude is controlled by a control stage included in the control feedback loop.

Pokrokovost vynálezu se projevuje v tom, že umožnil funkční sjednocení budicího magnetického obvodu čidla průtokoměru pracujícího ve střídavém režimu a střídače s proudovou stabilizací, jako jeho napájecího zdroje připojeného na stejnosměrný zdroj. Při jakékoliv změně amplitudy oscilací způsobené změnami teploty, odporu cívek nebo i velikosti napájecího napětí, ovlivňuje usměrněné oscilační napětí v nepřímém poměru fond zesilovacím stupněm a současně i vodivost regulačního stupně zapojeného v kladné napájecí větvi. Tímto způsobem je docíleno konstantní amplitudy oscilací a tím konstantní magnetické indukce v pracovní mezeře čidla průtokoměru při proměnlivých provozních podmínkách, které nastávají u průtokoměrů pro mobilní provoz.The advancement of the invention is manifested in that it has enabled functional excitation of the excitation magnetic circuit of the AC flow sensor and the current stabilized inverter as its power supply connected to a DC power supply. With any variation in the amplitude of the oscillations caused by changes in temperature, coil resistance, or even supply voltage, the rectified oscillation voltage in an indirect ratio affects the amplifier stage as well as the conductivity of the control stage connected in the positive supply branch. In this way, a constant amplitude of the oscillations and thus a constant magnetic induction in the working gap of the flow meter sensor are achieved under varying operating conditions that occur with flow meters for mobile operation.

Předností vynálezu je v prvé řadě vysoká energetická účinnost dosahující 90 %, zajištěná zapojením sjednocujících funkcí samostatného střídače s proudovou stabilizací a budiče magnetického pole průtokoměru. Vysoké účinnosti je dosaženo rovněž tím, že vytvářené magnetic ké pole je pro obě Části, to jest pro střídaČ i vlastní budicí magnetický obvod společné, a také tím, že v rezonančním LC obvodu jsou plně kompenzovány jalové proudy.The main advantage of the invention is the high energy efficiency of 90%, ensured by the integration of the unifying functions of the stand-alone inverter with current stabilization and the magnetic field driver of the flow meter. The high efficiency is also achieved by the fact that the generated magnetic field is common to both parts, i.e. both the inverter and the excitation magnetic circuit itself, and that reactive currents are fully compensated in the resonant LC circuit.

Zapojením podle vynálezu je docíleno konstantního magnetického toku v prostoru měřicí trubice bez složitých a nákladných přídavných zařízeni. Charakter průběhu oscilací i magnetického pole je sinusový, takže vyšší kmitočty budicích proudů signální napětí nedeformují.The circuit according to the invention achieves a constant magnetic flux in the measuring tube space without complex and expensive attachments. The nature of the oscillations and the magnetic field is sinusoidal, so higher excitation current frequencies do not distort the signal voltage.

Další předností je snadné ruční nastavování požadované hodnoty amplitudy budicího proudu pomocí potenciometru, což umožňuje i přímé řízení signálního napětí a nastavení měřicího rozsahu. Podstatnou předností vynálezu je možnost použití pro střídaný zdroj napětí z elektrovodné sítě a to napojením usměrňovače na zdrojové svorky, přičemž zůstávají zachovány přednosti samočinné regulace magnetického toku.Another advantage is the easy manual adjustment of the excitation current amplitude setpoint using a potentiometer, which also allows direct control of the signal voltage and adjustment of the measuring range. An essential advantage of the invention is the possibility of using it for an AC power supply by connecting the rectifier to the source terminals, while maintaining the advantages of the automatic regulation of the magnetic flux.

Dále popsaný příklad provedení vynálezu je doplněn výkresy, kde značí obr. 1 blokové schéma zapojení, obr. 2 schématické zobrazení magnetického obvodu a obr. 3 praktické zapojení obvodu čidla indukčního průtokoměru.The embodiment of the invention described below is supplemented by the drawings in which: FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a schematic diagram of a magnetic circuit, and FIG.

Zapojení budicího magnetického obvodu čidla indukčního průtokoměru kapalin je tvořeno feromagnetickým jádrem (obr. 2) se dvěma sériově zapojenými budicími cívkami 1_, P , v jehož vzduchové mezeře je uspořádána měřicí trubice 13 se snímacími elektrodami 131, 132 připojenými k neznázorněnému zesilovačů. Budicí cívky 1_, P, mají uzemněný střed připojen k zápornému pólu zdroje 11 (obr. 3) stejnosměrného napětí a výstupy jsou napojeny na budicí generátorThe wiring of the excitation magnetic circuit of the inductive flowmeter sensor consists of a ferromagnetic core (Fig. 2) with two series-connected excitation coils 7, P, in whose air gap there is a measuring tube 13 with sensing electrodes 131, 132 connected to amplifiers (not shown). The excitation coils 7, P have a grounded center connected to the negative pole of the DC power supply 11 (Fig. 3) and the outputs are connected to the excitation generator

2. Ten je tvořen dvěma tranzistory 21, 22, na jejichž bázích jsou křížově ke kolektorům připojeny odpory 23, 24.2. It consists of two transistors 21, 22, on whose bases resistors 23, 24 are cross-connected to the collectors.

Před budicím generátorem 2 je na výstupy budicích cívek 2# P paralelně vřazen kondenzátor 3. Propojením budicích cívek 1_, P , kondenzátoru 2 ^a budicího generátoru 2_ je vytvořen oscilátor 2· ^v indukční vazbě s budícími cívkami 2* A’ jsou cívky 5, 2' zdroje ‘referenčního napětí, umístěné po obou stranách měřicí trubice 13 ve vzduchové mezeře společného feromagnetického jádra 12. Výstupy cívek 5, 5' jsou napojeny na můstkový usměrňovač 6_, sestávající ze čtyř diod 61, 52, 63, 64 a filtračního kondenzátoru 65.· Výstupy usměrňovače 2 jsou přes potencioraetr 7_ napojeny na zesilovač 2* tvořený tranzistorem, kterého kolektor je připojen k optoelektrickému převodníku 9_.Before the excitation generator 2 outputs to the excitation coils 2 # P parallel capacitor inserted between the third connecting field coil 1_ P, the capacitor ^{2, and} the excitation of the generator 2 is formed ^{in the} oscillator 2 · inductive coupling with the excitation coils 2 * A 'are coils 5, 2 The reference voltage 'sources' located on either side of the measuring tube 13 in the air gap of the common ferromagnetic core 12. The coil outputs 5, 5' are connected to a bridge rectifier 6 consisting of four diodes 61, 52, 63, 64 and a filter capacitor 65. The outputs of the rectifier 2 are connected via a potentiometer 7 to an amplifier 2 * formed by a transistor whose collector is connected to the optoelectric converter 9.

Na fototranzistor 91 převodníku je připojen regulační stupeň 22.' tvořený tranzistorem, jehož výstup je zapojen k budicímu generátoru 2. Regulační stupeň je napojen ke kladné větvi zdroje 11.Control stage 22 is connected to the phototransistor 91 of the converter. formed by a transistor whose output is connected to the excitation generator 2. The control stage is connected to the positive branch of the power supply 11.

Stabilizace magnetického toku v prostoru měřicí trubice 13 je dosahována regulací amplitudy oscilací oscilátoru _4, přičemž amplituda je stabilizována zpětnovazebně řízeným zdrojem konstantního proudu, realizovaným sériově zařazeným regulačním stupněm 10. Zdroj konstantního proudu je přitom řízený usměrněným indukovaným napětím z cívek 5_, 5.’ zdroje referenčního napětí. Amplituda oscilátoru 4 je nastavena potenciometrem 2, řídicím zisk zesilovacího stupně 2· Cívky 5, 2' jsou současně využity jako zdroj klíčovacích impulsů fázového demodulátoru zesilovače s lineárním ziskem.The stabilization of the magnetic flux in the space of the measuring tube 13 is achieved by controlling the amplitude of the oscillations of the oscillator 4, wherein the amplitude is stabilized by a feedback-controlled constant current source realized in series. reference voltage. The amplitude of the oscillator 4 is set by the potentiometer 2, controlling the gain of the amplification stage 2. The coils 5, 2 'are simultaneously used as the source of the keying pulse of the phase demodulator of the amplifier with linear gain.

Vynálezu lze s výhodou využít pro napájení indukčních tlakových sond nebo defektoskopii při zjištování vad ocelových lan metodou měření magnetické indukce.The invention can be advantageously used for supplying inductive pressure probes or defectoscopy in detecting defects in steel ropes by the method of magnetic induction measurement.

Claims

Wiring of the excitation magnetic circuit of an inductive liquid flow meter sensor consisting of a non-closed ferromagnetic core with two series-connected excitation coils, in the air gap of which a measuring tube with sensing electrodes is located, characterized in that excitation coil outputs (1, 1 ') are connected to an excitation generator (2) with a capacitor (3) connected in parallel, the inductive coupling to the excitation coils (1, 1 ') of the reference voltage source coils (5, 5') being located in the air gap of the common ferromagnetic core (12) connected to a rectifier (6), which is connected to an amplifier (8) via a control potenoiometer (7), the output of which is connected via an optoelectric converter (9) to an input of a control stage (10) which is connected to an excitation generator and to one pole of the power supply (11), the DC voltage of which the other pole is connected to the grounded center excitation coils (1, 1 ').

2. The induction flow sensor sensor circuit of claim 1, wherein the oscillator (4) is formed by interconnecting the excitation coils (1, 1 '), the excitation generator (2) and the capacitor (3) with an amplitude controlled by the control stage. (10) included in the feedback control loop.

3. The magnetic field sensor of the inductive fluid flow sensor according to claim 1, characterized in that an AC voltage rectifier is connected to the grounded center of the excitation coils (1, 1 ‘) and to the control stage (10).