RU2489684C1

RU2489684C1 - Electromagnet flow metre

Info

Publication number: RU2489684C1
Application number: RU2011153401/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Карлович Недзвецкий; Владимир Борисович Рогозин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Управляющая компания Холдинга "Теплоком"
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-08-10
Also published as: RU2011153401A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: electromagnet flow metre comprises a primary flow converter 1, a pre-amplifier 5, a current shaper 6, an analogue-to-digital converter (ADC) 7, a microcontroller 8, an indicator 9 and a reference voltage source 10. Outputs of the current shaper are connected with inputs of the primary flow converter 1. Outputs of the primary flow converter 1 are connected with inputs of the preliminary amplifier 5, the output of which is connected with the first input of the ADC 7. The output of the ADC 7 is connected with the input of the microcontroller 8, the output of which is connected with the input of the indicator 9. The electromagnetic flow metre is additionally equipped with a modulating signal generator 11 and a reference voltage modulator. At the same time the output of the reference voltage source 10 is connected with the first input of the reference voltage modulator 12, the second input of which is connected with the output of the modulating signal generator 11, and the output is connected with the input of the current shaper 6 and with the second input of the ADC 7.

EFFECT: reduced error of measurements.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам), и может быть использовано в счетчиках воды, кислот, щелочей, молока, пива.The invention relates to instrumentation, in particular to electromagnetic devices for measuring flow (flow meters), and can be used in meters of water, acids, alkalis, milk, beer.

Электромагнитные расходомеры базируются на измерении разности электрических потенциалов, образующихся на электродах, контактирующих с потоком движущейся жидкости, расположенных перпендикулярно как линиям магнитного поля, так и направлению движения потока жидкости. Величина потенциалов определяется выражением:Electromagnetic flowmeters are based on measuring the difference in electrical potentials generated on electrodes in contact with a moving fluid flow, perpendicular to both the magnetic field lines and the direction of fluid flow. The value of potentials is determined by the expression:

$E = B \cdot D \cdot V (1)$

E = B \cdot D \cdot V (one)

где B - индукция магнитного поля, D - расстояние между электродами, V - скорость движения контролируемой жидкости.where B is the magnetic field induction, D is the distance between the electrodes, V is the speed of the controlled fluid.

Из выражения (1) видно, что величина разности потенциала прямо пропорциональна скорости движения жидкости, а значит, и расходу. Таким образом, измеряя потенциал, определяют расход жидкости.From the expression (1) it is seen that the value of the potential difference is directly proportional to the velocity of the fluid, and hence the flow rate. Thus, by measuring the potential, the liquid flow rate is determined.

Известен электромагнитный расходомер, содержащий первичный измерительный преобразователь, состоящий из немагнитной трубы с установленными в ней диаметрально противоположно двумя электродами и формирователя магнитного поля, а также передающий измерительный преобразователь, отличающийся тем, что формирователь магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита, а передающий измерительный преобразователь содержит блок сравнения, вход которого соединен с одним из электродов первичного измерительного преобразователя, блок формирования импульса "Запись", вход которого соединен с выходом блока сравнения, реверсивный счетчик, вход которого соединен с выходом блока сравнения, блок формирования импульса "Сброс", вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования импульса "Сброс", а выход через потенциометр соединен с другим электродом первичного преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с входами цифроаналогового преобразователя и реверсивного счетчика, блок памяти, входы которого соединены с выходами блока формирования импульса "Запись" и реверсивного счетчика, блок индикации, вход которого соединен с выходом блока памяти, блок формирования унифицированного сигнала, вход которого соединен с выходом блока памяти, RU 2080560 C1.Known electromagnetic flow meter containing a primary measuring transducer, consisting of a non-magnetic pipe with diametrically opposed two electrodes and a magnetic field shaper installed in it, as well as a transmitting measuring transducer, characterized in that the magnetic field shaper is made in the form of a permanent magnet, and the transmitting measuring transducer contains a comparison unit, the input of which is connected to one of the electrodes of the primary measuring transducer, the forming unit pulse "Record", the input of which is connected to the output of the comparison unit, the reverse counter, the input of which is connected to the output of the comparison unit, the pulse generation unit "Reset", the input of which is connected to the output of the reverse counter, a digital-to-analog converter, the input of which is connected to the output of the formation unit pulse "Reset", and the output through the potentiometer is connected to another electrode of the primary Converter, the pulse generator, the output of which is connected to the inputs of the digital-analog converter and a reversible counter, block memory, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse recording unit “Record” and a reversible counter, an indication unit, the input of which is connected to the output of the memory unit, a unit of generating a unified signal, the input of which is connected to the output of the memory unit, RU 2080560 C1.

Недостатком этого расходомера является сложность схемы преобразования сигналов, а также низкая помехозащищенность устройства.The disadvantage of this flow meter is the complexity of the signal conversion circuit, as well as the low noise immunity of the device.

Известен электромагнитный расходомер, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий магнитную систему с катушками, в зазоре которой установлены трубопровод с электродами, расположенными с противоположных сторон трубопровода и подсоединенными к измерительной схеме, соединенной со схемой контроля для управления током питания магнитной системы, и дополнительный трубопровод с электродами, расположенными с противоположных сторон дополнительного трубопровода и подсоединенными ко входу измерительной схемы, при этом дополнительный трубопровод с измерительной схемой образуют измерительный канал с постоянным расходом измеряемой среды, создающий со схемой контроля для управления током питания магнитной системы отрицательную обратную связь, позволяющую компенсировать влияние изменения параметров измеряемой среды, магнитной системы и измерительной схемы на результат измерения, измерительный резистор, блок отображения, соединенный с измерительной схемой, отличающийся тем, что измерительная схема содержит последовательно соединенные коммутатор аналоговых сигналов, со входами которого соединены электроды, расположенные на трубопроводах, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, управляющий коммутатором, а схема контроля включает в себя источник тока питания катушек магнитной системы, управляемый микропроцессором совместно с ШИМ-регулятором, и АЦП, служащий для передачи на вход микропроцессора напряжения, полученного преобразованием тока питания измерительным резистором, RU 2295706 C2.Known electromagnetic flowmeter containing a primary electromagnetic flow converter, comprising a magnetic system with coils, in the gap of which a pipeline is installed with electrodes located on opposite sides of the pipeline and connected to a measuring circuit connected to a control circuit for controlling the supply current of the magnetic system, and an additional pipeline with electrodes located on opposite sides of the additional pipeline and connected to the input of the measuring circuit, wherein an additional pipeline with a measuring circuit forms a measuring channel with a constant flow rate of the measured medium, which creates a negative feedback with the control circuit for controlling the supply current of the magnetic system, which compensates for the effect of changes in the parameters of the medium being measured, the magnetic system and the measuring circuit on the measurement result, a measuring resistor, a display unit connected to the measuring circuit, characterized in that the measuring circuit contains series-connected comm analog signal reducer, the inputs of which are connected to electrodes located on the pipelines, an analog-to-digital converter and a microprocessor controlling the switch, and the control circuit includes a power supply source for the coils of the magnetic system, controlled by the microprocessor together with the PWM controller, and an ADC, which serves to transmitting to the input of the microprocessor the voltage obtained by converting the supply current with a measuring resistor, RU 2295706 C2.

Недостатком этого устройства является большая чувствительность к помехам с частотой, близкой к частоте питания катушек магнитной системы.The disadvantage of this device is its high sensitivity to interference with a frequency close to the frequency of supply of the coils of the magnetic system.

Известен электромагнитный расходомер, состоящий из первичного преобразователя расхода, формирователя напряжения возбуждения, включающего генератор цикла, блока питания с выходным ключом, управляемым генератором цикла, предварительного усилителя, служащего для усиления импульсов напряжения, поступающих с электродов первичного преобразователя, выходной сигнал с которого поступает в блок преобразования импульсного сигнала в постоянное напряжение, пропорциональное величине расхода жидкости, П.П.Кремлевский «Расходомеры и счетчики количества», Л., 1989, с.429, 430.Known electromagnetic flowmeter, consisting of a primary flow transducer, a driver of the excitation voltage, including a cycle generator, a power supply with an output key controlled by a cycle generator, a preliminary amplifier, which serves to amplify voltage pulses from the electrodes of the primary Converter, the output signal from which is supplied to the unit converting a pulse signal into a constant voltage proportional to the value of the fluid flow, P. P. Kremlevsky “Flow meters and counters foliage ", L., 1989, p. 429, 430.

Данному техническому решению присущ тот же недостаток, что и устройству RU 2295706 C2.This technical solution has the same drawback as the device RU 2295706 C2.

Известен также электромагнитный расходомер, содержащий первичный преобразователь расхода, предварительный усилитель, микроконтроллер, формирователь тока, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), источник опорного напряжения, индикатор, формирователь сигнала интерфейса, RU 12240 U1.An electromagnetic flow meter is also known, comprising a primary flow converter, a pre-amplifier, a microcontroller, a current driver, an analog-to-digital converter (ADC), a voltage reference source, an indicator, an interface signal conditioner, RU 12240 U1.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.This technical solution is made as a prototype of the present invention.

Устройство обеспечивает получение информации в цифровом коде; недостатком этого устройства является влияние электромагнитного поля, создаваемого катушками магнитной системы первичного преобразователя расхода на работу одного или более расходомеров, расположенных в непосредственной близости друг к другу, что обусловливает увеличение погрешности измерений.The device provides information in a digital code; The disadvantage of this device is the influence of the electromagnetic field created by the coils of the magnetic system of the primary flow transducer on the operation of one or more flow meters located in close proximity to each other, which leads to an increase in measurement error.

Задачей настоящего изобретения является снижение погрешности измерений, обусловленной влиянием расходомеров на работу друг друга.The objective of the present invention is to reduce the measurement error due to the influence of flowmeters on the operation of each other.

Согласно изобретению электромагнитный расходомер, содержащий первичный преобразователь расхода, предварительный усилитель, формирователь тока, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, индикатор и источник опорного напряжения, при этом выходы формирователя тока соединены со входами первичного преобразователя расхода, выходы которого соединены со входами предварительного усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход которого соединен со входом индикатора, дополнительно снабжен формирователем модулирующего сигнала и модулятором опорного напряжения, при этом выход источника опорного напряжения соединен с первым входом модулятора опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом формирователя модулирующего сигнала, а выход соединен со входом формирователя тока и со вторым входом АЦП.According to the invention, an electromagnetic flow meter comprising a primary flow converter, a preamplifier, a current driver, an analog-to-digital converter (ADC), a microcontroller, an indicator and a reference voltage source, wherein the outputs of the current driver are connected to the inputs of the primary flow converter, the outputs of which are connected to the inputs of the preliminary an amplifier whose output is connected to the first input of the ADC, the output of which is connected to the input of the microcontroller, the output of which is connected to the input ind locator, additionally provided modulation signal generator and a modulator reference voltage, the output of the reference voltage source connected to the first input of the modulator reference voltage, a second input coupled to the output of the modulating signal, and an output connected to the input of the current generator and the second input of the ADC.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному изобретению, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed invention, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device.

Электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь 1 расхода жидкости, включающий магнитную систему с катушками 2, в зазоре которой установлен трубопровод 3 с электродами 4; устройство также содержит предварительный усилитель 5, выполненный в конкретном примере на микросхеме АД 620, формирователь 6 тока на базе микросхемы DRY 8811, аналогово-цифровой преобразователь 7. В данном примере в качестве АЦП 7 использована микросхема ADS 1242, микроконтроллер 8 типа MSP430F169. Устройство также содержит жидкокристаллический индикатор 9 и источник 10 опорного напряжения, в частности, реализованный с использованием линейного стабилизатора LM431. Выходы формирователя 6 тока соединены со входами первичного преобразователя 1 расхода (катушками 2 магнитной системы). Выходы первичного преобразователя 1 расхода (электроды 4) соединены со входами предварительного усилителя 5, выход которого соединен с первым входом АЦП 7. Выход АЦП 7 соединен со входом микроконтроллера 8, первый выход которого соединен со входом индикатора 9. Электромагнитный расходомер включает формирователь 11 модулирующего сигнала и модулятор 12 опорного напряжения, выполненные на основе микроконтроллера MSP430F169. Выход источника 10 опорного напряжения соединен с первым входом модулятора 12 опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом формирователя 11 модулирующего сигнала, вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера 8. Выход модулятора 12 опорного напряжения соединен со входом формирователя 6 тока и со вторым входом АЦП 7.The electromagnetic flow meter contains a primary Converter 1 fluid flow, comprising a magnetic system with coils 2, in the gap of which is installed a pipe 3 with electrodes 4; the device also contains a pre-amplifier 5, made in a specific example on the AD 620 chip, a current driver 6 based on the DRY 8811 chip, an analog-to-digital converter 7. In this example, the ADS 1242 chip, microcontroller type 8 MSP430F169 is used. The device also comprises a liquid crystal indicator 9 and a voltage reference source 10, in particular implemented using an LM431 linear stabilizer. The outputs of the current shaper 6 are connected to the inputs of the primary Converter 1 flow (coils 2 of the magnetic system). The outputs of the primary Converter 1 flow (electrodes 4) are connected to the inputs of the pre-amplifier 5, the output of which is connected to the first input of the ADC 7. The output of the ADC 7 is connected to the input of the microcontroller 8, the first output of which is connected to the input of the indicator 9. The electromagnetic flow meter includes a driver 11 of the modulating signal and a voltage modulator 12 based on the microcontroller MSP430F169. The output of the reference voltage source 10 is connected to the first input of the reference voltage modulator 12, the second input of which is connected to the output of the modulating signal generator 11, the input of which is connected to the second output of the microcontroller 8. The output of the reference voltage modulator 12 is connected to the input of the current driver 6 and to the second ADC input 7.

Устройство работает следующим образом. При протекании электропроводной жидкости через трубопровод 3, находящийся в зазоре между катушками 2 магнитной системы, на электродах 4 индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), величина которой прямо пропорциональна скорости движения этой жидкости. Параметры электромагнитного поля, создаваемого катушками 2, определяются током, поступающим на них от формирователя 6 тока. Характеристики этого тока зависят от сигнала, поступающего на вход формирователя 6 тока от источника 10 опорного напряжения через модулятор 12 опорного напряжения. Параметры модуляции этого сигнала определяются формирователем 11 модулирующего сигнала. ЭДС, возникающая на электродах 4, поступает на входы предварительного усилителя 5, с выхода которого сигнал поступает на первый вход АЦП 7. На второй вход АЦП 7 поступает сигнал с выхода модулятора 12 опорного напряжения, одновременно с поступлением этого сигнала на вход формирователя 6 тока. В АЦП 7 происходит преобразование сигналов в цифровой код. Сигнал в цифровой форме на выходе АЦП 7 соответствует амплитуде модулированного аналогового сигнала на его входе. Этот сигнала поступает в микроконтроллер 8, где происходит обработка - фильтрация помех и выделение полезного сигнала, а также вычисление расхода жидкости, протекающей через трубопровод 3. Информация отображается на индикаторе 9. В каждом отдельном электромагнитном расходомере с помощью задающего параметра модуляции формирователя 11 и осуществляющего модуляцию модулятора 12 происходит модуляция с различными параметрами канала опорного напряжения, питающего катушки 2 магнитной системы. При этом в микроконтроллере 8 выделяется только полезный сигнал, то есть сигнал с модуляцией, определяемой формирователем 11 модулирующего сигнала данного расходомера, а сигналы являющиеся помехами, возникающими вследствие работы других, смежных, расходомеров, подавляются (фильтруются), поскольку имеют другие параметры модуляции.The device operates as follows. When an electrically conductive fluid flows through a conduit 3 located in the gap between the coils 2 of the magnetic system, an electromotive force (EMF) is induced at the electrodes 4, the magnitude of which is directly proportional to the velocity of this fluid. The parameters of the electromagnetic field created by the coils 2 are determined by the current supplied to them from the current driver 6. The characteristics of this current depend on the signal supplied to the input of the current shaper 6 from the source 10 of the reference voltage through the modulator 12 of the reference voltage. The modulation parameters of this signal are determined by the modulator 11 of the modulating signal. The EMF arising at the electrodes 4 is fed to the inputs of the pre-amplifier 5, from the output of which the signal is fed to the first input of the ADC 7. The second input of the ADC 7 receives a signal from the output of the reference voltage modulator 12, simultaneously with the input of this signal to the input of the current shaper 6. In ADC 7, there is a conversion of signals into a digital code. The signal in digital form at the output of the ADC 7 corresponds to the amplitude of the modulated analog signal at its input. This signal enters the microcontroller 8, where the processing takes place — filtering the noise and extracting the useful signal, as well as calculating the flow rate of the liquid flowing through the pipeline 3. The information is displayed on indicator 9. In each individual electromagnetic flowmeter using the modulation parameter of the shaper 11 and modulating modulator 12 is modulation with various parameters of the channel of the reference voltage supplying the coil 2 of the magnetic system. At the same time, only the useful signal is allocated in the microcontroller 8, that is, the signal with modulation, determined by the modulator 11 of the modulating signal of the flowmeter, and the signals that are interferences arising from the operation of other adjacent flowmeters are suppressed (filtered) because they have different modulation parameters.

Таким образом, отличительные признаки изобретения обусловливают важное новое свойство изобретения, состоящее в устранении взаимного влияния электромагнитного поля катушек 2 магнитной системы расходомеров, расположенных вблизи друг от друга, что существенно снижает погрешность измерений. Указаные новое свойство объекта обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».Thus, the distinguishing features of the invention cause an important new property of the invention, which consists in eliminating the mutual influence of the electromagnetic field of the coils 2 of the magnetic system of the flow meters located close to each other, which significantly reduces the measurement error. The indicated new property of the object determines, according to the applicant, the compliance of the invention with the criterion of "Inventive step".

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Промышленная применимость».For the manufacture of the device used conventional structural materials and factory equipment. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Claims

An electromagnetic flow meter comprising a primary flow converter, a pre-amplifier, a current driver, an analog-to-digital converter (ADC), a microcontroller, an indicator and a reference voltage source, while the outputs of the current driver are connected to the inputs of the primary flow converter, the outputs of which are connected to the inputs of the pre-amplifier, the output of which is connected to the first input of the ADC, the output of which is connected to the input of the microcontroller, the output of which is connected to the input of the indicator, characterized the fact that it is additionally equipped with a modulating signal driver and a reference voltage modulator, while the output of the reference voltage source is connected to the first input of the reference voltage modulator, the second input of which is connected to the output of the modulating signal generator, and the output is connected to the input of the current driver and to the second ADC input.