RU2276330C1 - Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера - Google Patents

Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера Download PDF

Info

Publication number
RU2276330C1
RU2276330C1 RU2004135422/28A RU2004135422A RU2276330C1 RU 2276330 C1 RU2276330 C1 RU 2276330C1 RU 2004135422/28 A RU2004135422/28 A RU 2004135422/28A RU 2004135422 A RU2004135422 A RU 2004135422A RU 2276330 C1 RU2276330 C1 RU 2276330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
phase
emf
error
compensating
Prior art date
Application number
RU2004135422/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Вера Дмитриевна Горбоконенко (RU)
Вера Дмитриевна Горбоконенко
Дмитрий Сергеевич Сидоров (RU)
Дмитрий Сергеевич Сидоров
Original Assignee
Ульяновский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ульяновский государственный технический университет filed Critical Ульяновский государственный технический университет
Priority to RU2004135422/28A priority Critical patent/RU2276330C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2276330C1 publication Critical patent/RU2276330C1/ru

Links

Images

Abstract

Сигнал гармонической формы в виде ЭДС, снимаемой с измерительных электродов первичного преобразователя расхода, содержащей квадратурную помеху в виде сдвинутой по фазе на четверть периода трансформаторной ЭДС, сравнивают с изменяющимся в противофазе компенсирующим сигналом. Выделяют сигнал ошибки регулирования и подают его на регистрирующий орган, содержащий исполнительный электродвигатель, угол поворота которого является выходным сигналом расходомера. Сигнал ошибки регулирования подвергают высокочастотной модуляции путем циклического инвертирования фазы с последующей демодуляцией и усреднением за определенный промежуток времени. Для повышения быстродействия инвертирование фазы осуществляют в моменты времени, когда интегральное значение вспомогательного сигнала, имитирующего трансформаторную ЭДС, достигает постоянного заданного уровня. Усреднение получаемого в процессе демодуляции сигнала осуществляют на интервале времени между двумя соседними инвертированиями фазы в одну и ту же сторону. Изобретение улучшает динамические характеристики расходомера, что повышает точность измерения турбулентных потоков. 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к измерениям расхода проводящих жидкостей электромагнитным методом.
Известен способ компенсации квадратурной помехи в выходном сигнале расходомера, предусматривающий получение на зажимах первичного преобразователя ЭДС гармонической формы, в общем случае содержащей в своем составе полезную составляющую, амплитуда которой пропорциональна скорости протекания измеряемой жидкости и трансформаторную помеху той же частоты в виде квадратурной составляющей с фазовым сдвигом 90 эл. градусов (см. например, авт.свид. №411302, №462085, №489946, №507777, №1216655). В измерительных устройствах, работающих по компенсационному принципу, ЭДС первичного преобразователя в качестве задающего сигнала сравнивается с изменяющимся в противофазе компенсационным сигналом. Получаемый при этом сигнал ошибки регулирования подается на исполнительно-регистрирующий орган, вращение электродвигателя которого приводит к изменению компенсирующего сигнала в нужную сторону и тем самым к уменьшению ошибки регулирования. Одновременно с этим угол поворота исполнительного электродвигателя выступает в качестве выходной координаты расходомера, несущей информацию о скорости перемещения измеряемой жидкости, объемном или массовом расходе. Однако данная информация будет адекватной лишь в том случае, если в сигнале ошибки регулирования будет отсутствовать квадратурная помеха. Наиболее близкое техническое решение по устранению данной составляющей содержится в описании компенсационного расходомера типа 4-РИМ разработки НИИ Теплоприбор (см. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989, с.428, рис.251). Согласно ему сигнал ошибки подвергается высокочастотной модуляции, а затем повторной демодуляции. Этот процесс осуществляется за счет периодического инвертирования фазы сигнала ошибки с последующим детектированием и усреднением результата за промежуток времени не менее полупериода ЭДС первичного преобразователя. Это требование ограничивает быстродействие расходомера, а потому снижает точность измерения турбулентных потоков в электромагнитном поле низкой частоты.
Предлагаемое техническое решение направлено на уменьшение времени усреднения полезного сигнала в процессе высокочастотной модуляции-демодуляции и тем самым способствует улучшению динамических характеристик расходомера. Доя этого указанное инвертирование фазы ошибки регулирования предлагается осуществлять в моменты равенства двух сигналов, один из которых получают циклическим повторением процессов выпрямления, интегрирования и обнуления результата интегрирования в указанные моменты вспомогательного гармонического сигнала, изменяющегося синфазно с той же частотой, что и предполагаемый сигнал квадратурной помехи, а в качестве указанного выше второго сигнала принимают сигнал постоянного тока, изменением уровня которого устанавливают необходимую частоту модуляции, причем усреднение сигнала, подаваемого на исполнительно-регистрирующий орган, осуществляют на интервалах времени между двумя очередными инвертированиями фазы ошибки регулирования в одну и ту же сторону.
С учетом известной из курса автоматического регулирования пропорциональной связи между задающим сигналом (ЭДС первичного преобразователя) и сигналом ошибки регулирования указанные термины при дальнейшем рассмотрении электромагнитных процессов вполне допустимо отождествить.
На фиг.1 приведены временные диаграммы ЭДС первичного преобразователя е, а также ее предполагаемой полезной eφ и квадратурной et составляющих, иллюстрирующие известный способ компенсации последней. На фиг.2 приведены диаграммы тех же координат, которые иллюстрируют предлагаемое техническое решение. Реализация рассматриваемого способа возможна аппаратно или программно с помощью цифровых или аналоговых устройств, один из вариантов которого может быть выполнен по структуре фиг.3.
При рассмотрении воспользуемся известным законом электромагнитной индукции, согласно которому ЭДС на зажимах первичного преобразователя зависит от скорости изменения потокосцепления ψ=ψ(φ, t) в пространстве и времени
Figure 00000002
где eφ - полезная составляющая в виде ЭДС движения;
et - помеха измерения в виде трансформаторной ЭДС.
Прибегая к комплексному изображению вектора потокосцепления ψ=ψmesinωt, перепишем выражение для составляющих указанной ЭДС
Figure 00000003
откуда следует, что полезная составляющая еφ совпадает с вектором потокосцепления во времени и отстает от него в пространсве на угол π/2, в то время как квадратурная помеха et в пространстве направлена противоположно вектору потокосцепления, а во времени - отстает от него на угол π/2. Основываясь на данных представлениях, можно изобразить временные диаграммы суммарной ЭДС на зажимах первичного преобразователя е=еφt и обеих ее составляющих в реально встречающемся на практике случае равенства этих составляющих по амплитуде (см. фиг.1, 2). Полагается, что несмотря на отсутствие первичной информации об амплитуде данных составляющих, их фазовое соотношение известно заранее, так как моменты перехода кривой eφ через нулевое значение при малых токах в измерительных цепях задаются аналогичной кривой напряжения питания индуктора Е, а моменты перехода кривой eφ через нуль сдвинуты на четверть периода. На этом предположении основывается известное решение (см. фиг.1), согласно которому ЭДС вначале подвергается высокочастотной модуляции путем периодического инвертирования фазы этого сигнала, а затем повторной демодуляции. С целью подавления квадратурной помехи демодуляцию осуществляют методом синхронного детектирования, причем в качестве синхронизирующего сигнала принимается полезная составляющая eφ. В результате выходной сигнал демодулятора, указанный на фиг.1 жирной линией, в каждый момент будет иметь ту же полярность, что и полезная составляющая eφ. Для полного устранения в составе указанного сигнала квадратурной помехи ее следует усреднить на интервале времени, равном полупериоду полезной составляющей Т/2, так как на этом интервале среднее значение помехи равно нулю. При этом условии присутствие квадратурной составляющей в усредненном сигнале ЭДС e0 полностью устраняется, что позволяет записать
Figure 00000004
В простейшем случае указанное усреднение осуществляется с помощью фильтра низких частот, большая постоянная времени которого в случае питания индуктора напряжением низкой частоты ведет к существенному ограничению быстродействия расходомера.
В отличие от известного способа инвертирование фазы ЭДС е предлагается осуществлять не в тактовые равно отстоящие друг от друга моменты времени, а в моменты достижения интегральных значений помехи некоторого постоянного уровня. Такое проведение модуляции позволяет исходить из предположения, что интегральное значение помехи на интервалах между переключениями имеет постоянное значение, что значительно упрощает дальнейшее разделение сигналов eφ, et, сводя эту задачу к разделению постоянной и переменной составляющих ЭДС в течение двух соседних тактов модуляции. В условиях априорной информации о гармонической форме помехи ее роль при интегрировании может выполнять вспомогательный гармонический сигнал, изменяющийся синфазно с предполагаемой трансформаторной ЭДС. В представленной на фиг.3 схеме этот сигнал можно получить с вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, установленного в цепях питания индуктора с последующим сдвигом получаемого сигнала на четверть периода. Рассматриваемая схема содержит первичный преобразователь расхода 1, согласующее устройство 2 и измерительный прибор 3. Измерительные электроды преобразователя, включенные последовательно с обмоткой компенсационного трансформатора 4, присоединены к первичной обмотке разделительного трансформатора 5. К другой обмотке компенсационного трансформатора 4 подключен блок фазовращателей 6, позволяющий создавать в указанной системе автоматического регулирования компенсационный сигнал. Со вторичной обмотки разделительного трансформатора снимается сигнал ошибки регулирования, который поступает на вход предварительного усилителя 7. Согласно предлагаемому решению в схему включены дополнительный трансформатор 8 и фазосдвигающая цепь 9 для получения сигнала, иммитирующего квадратурную помеху. Этот сигнал поступает на вход интегратора 10, где происходит его циклически повторяющееся с нуля накапливание с последующим сбросом интегратора в моменты достижения интегрального значения помехи некоторого заданного уровня еt0. Работу данного узла иллюстрируют полученные компьютерным моделированием диаграммы на фиг.2,в. Из диаграмм видно, что соответствующим изменением ею можно установить необходимую частоту повторения процессов на выходе интегратора в течение каждого полупериода входного сигнала. Моменты сброса интегратора задают моменты переключении в схеме модулятора 11, установленного в канале ошибки регулирования. Получаемый инвертированием фазы ЭДС е знакопеременный сигнал высокой частоты показан на фиг.2,а жирной линией. Далее этот сигнал поступает на вход демодулятора 12, где осуществляется его синхронное детектирование путем изменения полярности в моменты времени, совпадающие с моментами перехода через нулевое значение сигнала eφ. Последующее усреднение полезной составляющей ЭДС происходит с помощью фильтра 13, уровни выходного сигнала которого показаны на диаграммах фиг.2,а в виде горизонтальных жирных линий. Полученный сигнал ошибки регулирования поступает на исполнительный двигатель 14, угол поворота которого, как отмечалось выше, используется в качестве выходной координаты расходомера.
С целью проверки эффективности предложенного решения были произведены необходимые расчеты, результаты которых отражены в таблице 1. Вычисления проведены на интервале, равном полупериоду квадратурной помехи T/2, и имели целью проверку реальной зависимости усредненных значений ЭДС первичного преобразователя от мгновенных значений ее указанных двух составляющих. Для этого определялось "среднее значение полезной ЭДС на i-ом такте"(см. 5-ый столбец табл.1), ступенчатая кривая которой на графике фиг.2,а показана пунктирной линией. Ввиду полного отсутствия в данном сигнале квадратурной составляющей, эта кривая представляет наиболее желательное изменение выходной координаты расходомера. Однако практическое получение данного сигнала предоставляется невозможным, так как для этого требуется априорная информация о величине квадратурной помехи на каждом такте. В этой связи в качестве выходной координаты расходомера предлагается принять "среднее значение ЭДС первичного преобразователя за два соседних такта" (см. 6-ой столбец табл.1). В отличие от вышеупомянутого получение данного сигнала возможно простым разделением с помощью малоинерционного фильтра полезной переменной и неполезной постоянной составляющих ЭДС преобразователя за каждые два соседних такта модуляции. Как отмечалось выше, на графике фиг.2,а эта кривая показана в виде горизонтальных жирных линий. Видно, что изменение указанного сигнала происходит синфазно с полезной составляющей еφ, свидетельствуя о происходящей компенсации квадратурной помехи.
Таблица 1
Порядко вый номер такта (i) Угловая длительность такта (ωti рад) Мгновенные значения квадратурной составляющей ЭДС Мгновенные значения полезной составляющей ЭДС Среднее значение полезной ЭДС на i-ом такте
Figure 00000005
Среднее значение ЭДС за два соседних такта
Figure 00000006
1 0.451 0.436 0.900 0.967 0.425
2 0.643 0.600 0.800 0.851
3 0.795 0.714 0.700 0.752 0.099
4 0.927 0.800 0.600 0.652
5 1.047 0.866 0.500 0.550 0.069
6 1.159 0.916 0.400 0.446
7 1.266 0.954 0.300 0.355 0.062
8 1.369 0.980 0.200 0.243
9 1.470 0.955 0.101 0.149 0.050
10 1.570 1.00 0.00 0.050
11 1.670 0.995 -0.099 -0.020 -0.039
12 1.771 0.980 -0.198 -0.257
13 1.874 0.954 -0.299 -0.347 -0.050
14 1.981 0.917 -0.399 -0.449
15 2.093 0.867 -0.499 -0.548 -0.069
16 2.213 0.801 -0.599 -0.620
17 2.351 0.711 -0.700 -0.762 -0.100
18 2.502 0.597 -0.802 -0.861
19 2.693 0.434 -0.901 -0.890 -0.604
20 3.141 0.00 -1.00 -0.966

Claims (1)

  1. Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера, предусматривающий получение электромагнитным методом на зажимах первичного преобразователя знакопеременной ЭДС гармонической формы, в общем случае содержащей в своем составе полезную составляющую, амплитуда которой пропорциональна скорости протекания измеряемой жидкости, и трансформаторную помеху той же частоты в виде квадратурной составляющей с фазовым сдвигом 90 эл. град., сравнение ЭДС преобразователя с изменяющимся в противофазе компенсирующим сигналом, получаемым на выходе блока компенсации, выделение сигнала ошибки регулирования в виде алгебраической разности ЭДС преобразователя и компенсирующего сигнала, а также процесс высокочастотной модуляции-демодуляции сигнала ошибки с последующей подачей на вход исполнительно-регистрирующего органа, содержащего в своем составе исполнительный электродвигатель, вращение которого приводит к изменению компенсирующего сигнала в нужную сторону с целью доведения ошибки регулирования до нулевого уровня с одновременным измерением и выдачей информации об угле поворота двигателя в виде выходного сигнала расходомера, причем указанный процесс модуляции-демодуляции в целях устранения трансформаторной квадратурной помехи осуществляют путем циклического высокочастотного инвертирования фазы сигнала ошибки с последующим его детектированием и усреднением за определенный промежуток времени, отличающийся тем, что указанное инвертирование фазы ошибки регулирования осуществляют в моменты равенства двух сигналов, один из которых получают циклическим повторением процессов выпрямления, интегрирования и обнуления результата интегрирования в указанные моменты времени вспомогательного гармонического сигнала, синфазного с сигналом квадратурной помехи, а в качестве второго принимают сигнал постоянного тока, изменением уровня которого устанавливают необходимую частоту модуляции, причем усреднение сигнала, подаваемого на исполнительный электродвигатель, осуществляют на интервалах времени между двумя очередными инвертированиями фазы ошибки регулирования в одну и ту же сторону.
RU2004135422/28A 2004-12-03 2004-12-03 Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера RU2276330C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004135422/28A RU2276330C1 (ru) 2004-12-03 2004-12-03 Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004135422/28A RU2276330C1 (ru) 2004-12-03 2004-12-03 Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2276330C1 true RU2276330C1 (ru) 2006-05-10

Family

ID=36657207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004135422/28A RU2276330C1 (ru) 2004-12-03 2004-12-03 Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2276330C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944272A (zh) * 2012-11-19 2013-02-27 成都泛华航空仪表电器有限公司 电感式流量计测量转换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Изд.4. Л., "Машиностроение", 1989, с.с.428-431. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944272A (zh) * 2012-11-19 2013-02-27 成都泛华航空仪表电器有限公司 电感式流量计测量转换器
CN102944272B (zh) * 2012-11-19 2014-07-23 成都泛华航空仪表电器有限公司 电感式流量计测量转换器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2297597C2 (ru) Электронный полевой прибор с сенсорным блоком для емкостных измерений уровня в резервуаре
US6530402B2 (en) Filling machine
CN102288821B (zh) 三相电路相位差的测量方法、测量装置
CN111707863A (zh) 用于学习包括电流互感器误差校正的电流互感器和功率测量设备的相误差的方法和设备
JP2008003055A (ja) 電力量計調整装置及び電力量計
RU2276330C1 (ru) Способ компенсации квадратурной помехи в сигнале расходомера
CN110632387A (zh) 一种基于交流量子电压的谐波电压测量方法
US6285719B1 (en) Digital phase sensitive rectification of AC driven transducer signals
RU2154834C2 (ru) Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его осуществления
JP2003315120A (ja) 電磁流量計
CN106814245B (zh) 适用于三相三线制电路的无功功率计算方法
JP2020126016A (ja) フラックスゲート磁界センサ及びそれの調節方法
Liu et al. Signal processing of Coriolis mass flowmeters under gas-liquid two-phase flow conditions
RU2039361C1 (ru) Способ определения разности фаз двух сигналов
JP4519312B2 (ja) 高調波を含む脈動の平均値を測定する方法及びそれを用いた平均値測定装置
Tapson Mixed signal phase sensitive detection
RU2020494C1 (ru) Устройство для измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов
Ren et al. Experimental study of phase sensitive detection technique in ECT system
RU2459338C1 (ru) Реле разности амплитуд подключаемых на параллельную работу генераторов
CN108680789B (zh) 基于倍频器和采样保持器的相敏检波器及相敏检波方法
GB2093292A (en) Apparatus and methods for analogue-to-digital conversion and for deriving in-phase and quadrature components of voltage and current in an impedance
JPH0651004A (ja) 回路素子の定数測定装置
JP3549726B2 (ja) 位相追従装置
CN1328380A (zh) 零相移零温漂自适应有源模拟带通滤波器
CN110263482A (zh) 一种基于互相关算法的涡流阻抗求解方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061204