RU2618584C1 - Electromagnetic flow converter - Google Patents

Electromagnetic flow converter Download PDF

Info

Publication number
RU2618584C1
RU2618584C1 RU2016106684A RU2016106684A RU2618584C1 RU 2618584 C1 RU2618584 C1 RU 2618584C1 RU 2016106684 A RU2016106684 A RU 2016106684A RU 2016106684 A RU2016106684 A RU 2016106684A RU 2618584 C1 RU2618584 C1 RU 2618584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inductor
input
current
signal
output
Prior art date
Application number
RU2016106684A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иветта Всеволодовна Жданова
Дмитрий Владимирович Афанасьев
Original Assignee
Акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор"
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 Акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" filed Critical Акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор"
Priority to RU2016106684A priority Critical patent/RU2618584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2618584C1 publication Critical patent/RU2618584C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electromagnetic flow converter includes a primary converter 1 comprising the inductor 2 and the conduit 3 with electrodes 4 connected to the signal inputs of the digital-analog converter 5 an output of which is connected to an input of the microcontroller 6. The scheme also contains a bridge current switch 7, outputs of which are connected to the inductor 2, and the control inputs are connected to the outputs of the microcontroller 6. The bridge current switch 7 is powered by a current source 8, one of the outputs connected to the bridge switch 7, and the other output to one of the ends of the current sensor 9 and the input of the amplifier 10 an output of which is connected to the input of an external reference signal of the analog-to-digital converter 5, the end of the current sensor 9 is connected to the common point of the scheme.
EFFECT: ensuring the independence of the flow measurement error from the instability of the inductor power supply due to the fact that the input of the external reference signal of the ADC is supplied with the voltage amplified to the normalized value from the current sensor, relative to which conversion to an ADC is carried out, there is an automatic division of the input signal and the signal from the current sensor included in the inductor supply circuit, the result of the division is independent of the inductor power supply current, and due to division of the input signal to the reference signal in one measuring cycle, the speed is not decreased and output of the inductor power current source from the stabilization mode does not impair the accuracy and dynamic range of measurement.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах учета количества теплоты, переносимой электропроводящими жидкостями, их объема и массы, а также контроля и регулирования объемного и массового расхода.The present invention relates to instrumentation and can be used in metering systems for the amount of heat carried by electrically conductive liquids, their volume and mass, as well as the control and regulation of volume and mass flow.

Известен электромагнитный расходомер [1], в котором уменьшение погрешности измерения при нестабильном токе возбуждения индуктора достигается за счет стабилизации коэффициента передачи измерительного тракта. Расходомер попеременно работает в режимах измерений и автоматической калибровки. В режиме измерений сигнал с выхода первичного преобразователя расхода через коммутатор, преобразователь сигнала, регулятор и первое устройство выборки хранения поступает на индикатор. В режиме автоматической калибровки опорный сигнал с выхода преобразователя тока в контрольный сигнал через коммутатор, преобразователь и регулятор поступает на вход схемы сравнения, на другой вход которой поступает образцовое напряжение с источника опорного напряжения. Напряжением с выхода схемы сравнения через второе устройство выборки-хранения регулируется коэффициент передачи регулятора коэффициента передачи.Known electromagnetic flow meter [1], in which the reduction of the measurement error with an unstable excitation current of the inductor is achieved by stabilizing the transmission coefficient of the measuring path. The flowmeter alternately operates in measurement and automatic calibration modes. In the measurement mode, the signal from the output of the primary flow transducer through the switch, the signal transducer, controller and the first storage sampling device is fed to the indicator. In the automatic calibration mode, the reference signal from the output of the current converter to the control signal through the switch, the converter and the regulator is fed to the input of the comparison circuit, the other input of which receives the model voltage from the reference voltage source. The voltage from the output of the comparison circuit through the second sampling-storage device controls the transmission coefficient of the gear ratio controller.

Недостатком этого устройства является сложность конструктивного исполнения и снижение быстродействия за счет попеременного измерения сигнала с преобразователя расхода и автоматической калибровки измерительного тракта.The disadvantage of this device is the complexity of the design and reduced performance due to the alternate measurement of the signal from the flow transducer and automatic calibration of the measuring path.

Известен электромагнитный преобразователь расхода [2], в состав которого входит первичный преобразователь, содержащий индуктор и электроды, и вторичный измерительный преобразователь, который, в свою очередь, содержит предварительный усилитель, формирователь тока питания индуктора, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикатор, источник опорного напряжения, формирователь модулирующего сигнала и модулятор опорного напряжения. Задачей этого преобразователя является уменьшение погрешности измерения расхода за счет устранения взаимного влияния электромагнитного поля индукторов расходомеров, расположенных вблизи друг от друга.Known electromagnetic flow transducer [2], which includes a primary transducer containing an inductor and electrodes, and a secondary measuring transducer, which, in turn, contains a pre-amplifier, a shaper of the inductor's power supply, an analog-to-digital converter, a microcontroller, an indicator, a source reference voltage, a driver of a modulating signal and a modulator of a reference voltage. The task of this converter is to reduce the error in measuring the flow rate by eliminating the mutual influence of the electromagnetic field of the flowmeter inductors located close to each other.

Недостатком устройства является зависимость погрешности измерения от нестабильности тока питания индуктора, которая обусловлена отклонением активного и индуктивного сопротивления индуктора под воздействием внешних факторов, что приводит также к снижению динамического диапазона измерения расхода.The disadvantage of this device is the dependence of the measurement error on the instability of the supply current of the inductor, which is due to the deviation of the active and inductive resistance of the inductor under the influence of external factors, which also leads to a decrease in the dynamic range of flow measurement.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнитный расходомер [3], в состав которого входит первичный преобразователь, содержащий индуктор и электроды, измерительный аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, мостовой коммутатор тока, схема управления мостовым коммутатором, датчик тока и дополнительный аналого-цифровой преобразователь, служащий для контроля тока через индуктор и напряжения на индукторе, что обеспечивает определение величины отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивления индуктора, определенных программно-аппаратным образом по указанным значениям напряжений на индукторе от предустановленных в памяти их эталонных значений.Closest to the proposed invention is an electromagnetic flow meter [3], which includes a primary converter containing an inductor and electrodes, a measuring analog-to-digital converter, a microcontroller, a bridge current switch, a bridge switch control circuit, a current sensor and an additional analog-to-digital converter, serving to control the current through the inductor and the voltage across the inductor, which ensures the determination of the deviation of the current values of the active and inductive resistances Indications of the inductor, determined by software and hardware in accordance with the indicated values of voltages on the inductor from the reference values preset in the memory.

Недостатком приведенного электромагнитного расходомера является зависимость мгновенного значения измеряемого расхода от отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивления индуктора и, как следствие, нестабильность тока питания индуктора и увеличение погрешности измерения. Контроль параметров индуктора и сравнение с предустановленными в памяти эталонными значениями может повысить точность, если включить его в измерительный цикл и проводить непрерывную коррекцию результатов измерения расхода с учетом полученных значений параметров индуктора. Однако при этом удлиняется измерительный цикл и снижается быстродействие, а в погрешность измерения расхода будет входить погрешность преобразования дополнительного аналого-цифрового преобразователя. Кроме того, увеличение активного сопротивления индуктора под воздействием температуры окружающей среды может привести к выходу источника тока из режима стабилизации, что также приведет к увеличению погрешности и уменьшению динамического диапазона измерения расхода.The disadvantage of this electromagnetic flowmeter is the dependence of the instantaneous value of the measured flow rate on the deviation of the current values of the active and inductive resistance of the inductor and, as a result, the instability of the inductor supply current and an increase in the measurement error. Monitoring the parameters of the inductor and comparing with the reference values preset in the memory can increase accuracy if it is included in the measurement cycle and continuous correction of the results of flow measurement is carried out taking into account the obtained values of the parameters of the inductor. However, at the same time, the measuring cycle is lengthened and the speed decreases, and the error in the measurement of the flow will include the conversion error of the additional analog-to-digital converter. In addition, an increase in the active resistance of the inductor under the influence of ambient temperature can lead to the output of the current source from the stabilization mode, which will also lead to an increase in error and a decrease in the dynamic range of flow measurement.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности без снижения быстродействия и ухудшения динамического диапазона измерения.The aim of the invention is to increase accuracy without reducing performance and deterioration of the dynamic range of measurement.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь расхода, измерительный аналого-цифровой преобразователь, мостовой коммутатор, источник тока, датчик тока, микроконтроллер, введен усилитель напряжения с датчика тока, выходом соединенный с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя.This goal is achieved by the fact that in the electromagnetic flow transducer containing the primary flow transducer, measuring analog-to-digital transducer, bridge switch, current source, current sensor, microcontroller, a voltage amplifier is introduced from the current sensor, the output connected to the input of the external analog-digital reference signal transducer.

На рис. 1 приведена структурная схема электромагнитного преобразователя расхода (ЭПР), на рис. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.In fig. 1 shows a structural diagram of an electromagnetic flow transducer (EPR), in Fig. 2 - time diagrams explaining the principle of its operation.

Электромагнитный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий индуктор 2 и трубопровод 3 с электродами 4, соединенными с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с входом микроконтроллера 6. Схема содержит также мостовой коммутатор тока 7, выходы которого соединены с индуктором 2, а входы управления с выходами микроконтроллера 6. Мостовой коммутатор тока 7 питается от источника тока 8, одним из выходов соединенного с мостовым коммутатором 7, а другим выходом с одним из концов датчика тока 9 и входом усилителя 10, выход которого соединен с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя 5, причем другой конец датчика тока 9 соединен с общей точкой схемы.The electromagnetic flow transducer contains a primary transducer 1, including an inductor 2 and a pipe 3 with electrodes 4 connected to the signal inputs of an analog-to-digital converter 5, the output of which is connected to the input of the microcontroller 6. The circuit also contains a bridge current switch 7, the outputs of which are connected to the inductor 2 and the control inputs with the outputs of the microcontroller 6. The bridge current switch 7 is powered by a current source 8, one of the outputs connected to the bridge switch 7, and the other output with one of the ends a current sensor 9 and the input of the amplifier 10, whose output is connected to the input of the external reference signal analog-digital converter 5, wherein the other end of the current sensor 9 is connected to circuit common point.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Микроконтроллер 6 выдает на выходах 1 и 2 сдвинутые относительно друг друга тактирующие импульсы, поступающие на входы управления мостового коммутатора тока 7 (см. диаграммы U1 и U2). В соответствии с тактирующими импульсами на индукторе формируются двуполярные импульсы (см. диаграмму Uпи), а на конце датчика тока 9, соединенном с входом усилителя 10, импульсы одной полярности, которые после усиления до номинального значения опорного сигнала АЦП (см. диаграмму Uoп) поступают на вход внешнего опорного сигнала АЦП 5, относительно которого происходит нормирование измеряемого сигнала.The microcontroller 6 generates at the outputs 1 and 2 clock pulses shifted relative to each other and fed to the control inputs of the bridge current switch 7 (see diagrams U1 and U2). In accordance with the clock pulses, bipolar pulses are formed on the inductor (see the U pi diagram), and at the end of the current sensor 9 connected to the input of the amplifier 10, the pulses are of the same polarity, which after amplification to the nominal value of the ADC reference signal (see the U op diagram ) go to the input of the external reference signal of the ADC 5, relative to which the normalization of the measured signal occurs.

Сигнал Uoп определяется следующее формулой:The signal U op is determined by the following formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Iинд - ток питания индуктора,where I ind is the inductor supply current,

R - сопротивление датчика тока,R is the resistance of the current sensor,

Коп - коэффициент преобразования усилителя сигнала с датчика тока.To op - the conversion coefficient of the signal amplifier from the current sensor.

Напряжение на электродах имеет ту же форму, что и сигнал на индукторе (см. диаграмму Uвх), а амплитуда пропорциональна расходу и току питания индуктора и определяется следующей формулой:The voltage at the electrodes has the same shape as the signal at the inductor (see diagram U I ), and the amplitude is proportional to the flow rate and current of the inductor and is determined by the following formula:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где Q - объемный расход,where Q is the volumetric flow rate,

Kп - коэффициент преобразования первичного преобразователя.K p - conversion factor of the primary Converter.

При протекании тока через индуктор, когда сигнал с электродов принимает установившееся значение, микроконтроллер 6 с выхода 3 выдает в АЦП сигнал на запуск преобразования, по окончании которого с входа 4 считывает с АЦП код, пропорциональный расходу. Значения

Figure 00000003
и
Figure 00000004
при протекании тока через индуктор в положительном и отрицательном направлениях имеют видWhen current flows through the inductor, when the signal from the electrodes takes a steady value, the microcontroller 6 outputs 3 to the ADC to start the conversion from the output 3, after which it reads from the input 4 a code proportional to the flow from the ADC. Values
Figure 00000003
and
Figure 00000004
when current flows through the inductor in the positive and negative directions, they have the form

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где n - разрядность АЦП.where n is the resolution of the ADC.

После подстановки в (3) и (4) выражений (2) и (3) получим следующие формулы для значений кодов АЦП при протекании тока через индуктор в положительном и отрицательном направлениях:After substituting expressions (2) and (3) in (3) and (4), we obtain the following formulas for the values of the ADC codes when the current flows through the inductor in the positive and negative directions:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где Q+ - объемный расход при протекании тока через индуктор в положительном направленииwhere Q + is the volumetric flow rate during the flow of current through the inductor in the positive direction

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где Q- - объемный расход при протекании тока через индуктор в отрицательном направлении.where Q - is the volumetric flow when current flows through the inductor in the negative direction.

Из выражений (5) и (6) следует, что значения кода

Figure 00000003
и
Figure 00000004
и, следовательно, объемный расход не зависят от тока питания индуктора.From the expressions (5) and (6) it follows that the values of the code
Figure 00000003
and
Figure 00000004
and therefore, the volumetric flow rate does not depend on the supply current of the inductor.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения расхода без снижения быстродействия и уменьшения динамического диапазона измерения.Thus, the present invention provides an increase in the accuracy of flow measurement without reducing performance and reducing the dynamic range of measurement.

Источники информацииInformation sources

1. Электромагнитный расходомер. Изобретение RU 1656328.1. Electromagnetic flowmeter. The invention of RU 1656328.

2. Электромагнитный расходомер. Патент РФ №2489684.2. Electromagnetic flowmeter. RF patent No. 2489684.

3. Электромагнитный расходомер и способ контроля измерения расхода текучих сред. Патент РФ №2529595.3. Electromagnetic flowmeter and method for controlling fluid flow measurement. RF patent No. 2529595.

Claims (1)

Электромагнитный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь расхода, электроды которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а индуктор с выходами мостового коммутатора, источник тока, датчик тока, микроконтроллер, отличающийся тем, что в него введен усилитель, вход которого соединен с датчиком тока, а выход с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя.An electromagnetic flow transducer comprising a primary flow transducer, the electrodes of which are connected to the inputs of an analog-to-digital transducer, and an inductor with outputs of a bridge switch, a current source, a current sensor, a microcontroller, characterized in that an amplifier is inserted into it, the input of which is connected to a current sensor, and an output with an input of an external reference signal of an analog-to-digital converter.
RU2016106684A 2016-02-26 2016-02-26 Electromagnetic flow converter RU2618584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106684A RU2618584C1 (en) 2016-02-26 2016-02-26 Electromagnetic flow converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106684A RU2618584C1 (en) 2016-02-26 2016-02-26 Electromagnetic flow converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2618584C1 true RU2618584C1 (en) 2017-05-04

Family

ID=58697880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106684A RU2618584C1 (en) 2016-02-26 2016-02-26 Electromagnetic flow converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618584C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6644127B1 (en) * 1999-04-16 2003-11-11 Danfoss A/S Electromagnetic flowmeter arrangement
WO2010121631A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Siemens Aktiengesellschaft Electromagnetic flowmeter and method of operation thereof
RU2489684C1 (en) * 2011-12-26 2013-08-10 Закрытое акционерное общество "Управляющая компания Холдинга "Теплоком" Electromagnet flow metre
RU2529598C1 (en) * 2013-04-15 2014-09-27 Закрытое акционерное общество "ТЕРМОТРОНИК" Electromagnetic flow meter and method to control measurement of fluid media flow

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6644127B1 (en) * 1999-04-16 2003-11-11 Danfoss A/S Electromagnetic flowmeter arrangement
WO2010121631A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Siemens Aktiengesellschaft Electromagnetic flowmeter and method of operation thereof
RU2489684C1 (en) * 2011-12-26 2013-08-10 Закрытое акционерное общество "Управляющая компания Холдинга "Теплоком" Electromagnet flow metre
RU2529598C1 (en) * 2013-04-15 2014-09-27 Закрытое акционерное общество "ТЕРМОТРОНИК" Electromagnetic flow meter and method to control measurement of fluid media flow

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2295706C2 (en) Electromagnetic flow meter
CN104335061A (en) Magnetic element control device, magnetic element control method and magnetic detection device
RU2645834C1 (en) Method and device for determining consumption in large diameter pipelines
EP3680628A1 (en) Magnetic flowmeter assembly with zero-flow measurement capability
JP5939630B2 (en) Charger
JP4008779B2 (en) 2-wire electromagnetic flow meter
RU2584384C2 (en) Method of measuring flow rate of electroconductive liquids
CN110207768A (en) A kind of intelligent electromagnetic flowmeter
CN111426356A (en) Magnetic flow meter assembly with independent coil drive and control system
RU2618584C1 (en) Electromagnetic flow converter
JP6985185B2 (en) Excitation circuit of electromagnetic flow meter and electromagnetic flow meter
RU2631916C1 (en) Method of controlling fluid media flow measurement by electromagnetic flowmeter
RU2618505C1 (en) Electromagnetic flow converter
JP2006184192A (en) Electronic balance
RU2584343C2 (en) Method of measuring flow rate of electroconductive liquids
RU2494354C1 (en) Method of calibration of electromagnetic flowmeters without dismantling from pipeline
RU2327977C2 (en) Device for measurement of fluid electrical conductivity
JP6937672B2 (en) 2-wire electromagnetic flowmeter
JP4446223B2 (en) Electromagnetic flow meter
RU2619832C1 (en) Method for calibrating electromagnetic flowmeter without removal from pipeline
JP2019184544A (en) Converter for electromagnetic flow meter, electromagnetic flow meter, and method for operating flow rate
CN109269398A (en) A kind of digitlization angular displacement sensor signal conditioning circuit design method
RU2247329C2 (en) Method of measuring consumption of electroconducting media
CN203719712U (en) Exciter circuit for electromagnetic flowmeter based on magnetic field measurement
RU216935U1 (en) Device for measuring the strength of electric current