SU1620844A1 - Устройство дл измерени расхода жидких и газообразных сред - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к опреде лению расхода жидкостей и газов и позвол ет расширить рабочий диапазон измер емых расходов и повысить точность . Фиксируетс  отклонение поплавка от начального положени  в зависимости от расхода среды, протекающей по измерительному каналу. Это отклонение преобразуетс  в пропорциональный электрический сигнал, который формирует противодействие, возвращающее поплавок к начальному положению. По величине этого сигнлп . определ ют расход . Устройство содержит дополнительные измерительные цепи, содержащие синхродетектор 13, делитель 29 напр жени , источник 14 опорного напр жени , с помощью которых в отсутствие расхода центрируетс  положение попла вка в зависимости от его веса, плотности и температуры среды. Создание возвращающегос  усили  осуществл етс  вторым соленоидом 5. Разность токов первого и второго соленоидов 4 и 5, фиксируема  дифференциальным усилителем 23, пропорциональна расходу ере- . ды. 1 ил. Z7 15 а (Л О5 to о 00 Јъ Јъ

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  расхода различных сред в трубопроводах любого сечени  из не- магнитных и неэлектропроводных материалов .

Целью изобретени   вл етс  расширение рабочего диапазона измер емых расходов жидких и газообразных сред и повышение точности измерений.

На чертеже приведена схема устройства .

Устройство состоит из поплавка 1 в измерительном канале 2 с торцовыми мембранами -3, двум  соленоидами 4 и 5, охватывающими корпус 6 из немагнитного материала, дифференциальной катушки 7, переменного резистора 8 и генератора 9 переменного гармонического напр жени , включенного в диагональ питани  образованного мостового электромагнитного узла 10 съема сигнала, дифференциального усилител  11 сигнала разбаланса, усилител  12 перемен- ного напр жени , синхродетектора 13 и регулируемого источника 14 опорного напр жени , включенных на входы дифференциального усилител  15, двух выпр мителей 16 и 17, соединенных с уп- равл ющими входами двух генераторов . 18 и 19 тока, прецизионных резисторов 20 и 21, регистратора 22, дифференциального усилител  23, управл емых переключателей 24 - 26, источника 27 питани , а также схемы 28 И и управл емого делител  29 гармонического напр жени .

Расходомер работает следующим образом

Когда питание расходомера отключено , поплавок 1 занимает в рабочем канале 2 крайнее нижнее положение, ограниченное мембраной 3, в отсутствие расхода или малом расходе, либо край- нее верхнее положение при высоком -. уровне расхода среды. В этом положении магнитна  часть поплавка полностью перекрывает одну из обмоток дифференциальной катушки.

При включении электропитани  расходомера в измерительной диагонали моста 10 по вл етс  максимальный сигнал разбаланса в соответствии с положением поплавка 1 в одном из крайних положений в канале 2..

По мере роста тока в обмотках соленоидов 4 и 5 с посто нной времени определ емой длительностью нарастани 

0

5 0 5 Q

с

5

0

выходного сигнала выпр мителей 16 и 17, усиливаетс  магнитное поле каждого соленоида, перемеща  поплавок 1 в положение, промежуточное между крайним и центрированным - симметричным обеим секци м дифференциальной катушки 7.

При этом разбаланс моста 10 умень-- шаетс  и фиксируетс  на значении, при котором на выходе дифференциального усилител  15 выходное напр жение станет равным нулю. Положение поплавка 1 соответствует значени м падений напр жений на резисторах 20 и 21 от токов в соленоидах 4 и 5, создающих магнитные пол , воздействи  которых уравновешивают вес поплавка 1 (при нулевом расходе), либо действие на попла. вок набегающего потока среды со скоростью V и Архимедову силу (в случае расхода жидкой среды).

Рассмотрим настройку расходомера в случае отсутстви  расхода среды (V 0). В этом случае поплавок 1 удерживаетс  в центрированном положении по отношению к секци м дифференциальной катушки 7 магнитным полем катушек 4 и 5, электрические токи, протекающие через которые, равны. Равенство токов обеспечиваетс  следующим.

При отсутствии расхода (V 0) на поплавок 1 действуют две силы: сила т жести (вес поплавка) и Архимедова сила (в случае жидкой среды). Под действием разности этих сил поплавок 1 уходит кз положени  равновеси . Изменение положени  поплавка приводит к разбалансу моста 10, образованного секци ми дифференциальной катушки 7,} встречно включенными, и резистором 8, на выходе которого по вл етс  сигнал

им

2 UCQ RH -АХд (К + Хь)

(D

где U.i - напр жение питани  моста

JQ R,

10, В;

сопротивление нагрузки, про- «порциональное ШШ, Ом;

ЛУ - Y ub 1 л ХЬ - хь -г

1 +

1-

D4

(|мэ-1

-

приращение индуктивного сопротивлени  с измерением положени  поплавка; сопротивленце активное плеча моста 10, образованного частью резистора 8, Ом;

- индуктивное сопротивление

секции дифференциальной катушки 7 при среднем положении магнитного поплавкаi

- смещение  кор  поплавка (фер- ромагнит) из среднего положени , м;

- длина хода  кор  поплавка, определ юща  изменение индуктивного сопротивлени , м;

- длина дифференциальной катушки , м;

D,,. Drt « t

Iй/ .

средний диаметр дифференциальной катушки и  кор . ,м.

0 /Ц

г - эффективна  магнитна 

+ |Mj| у проницаемость цепи индуктивного сопротивлени .

Из соотношени  (1) следует пропорциональность изменени  индуктивного сопротивлени  и перемещени  поплавка 1. Поэтому соотношение (1) перепишем в виде

и

SM- &b

Зм

SM

RH х. 2 иса

1 +

1 D

ъ0Й2Ф9НУ (1 х

чувствительность преобразовани  перемещени  поплавка в электрический сигнал, В/К. Сигнал разбаланса моста 10 преобразуетс  по двум каналам в электрические токи, питающие катушки соленоидов 4 и 5.

Первый образован управл емым коммутатором 24, усилителем 12, выпр мителем 17 и генератором тока 19

к,г. к,.,.

vu

где KtЈ, К , К - соответственно коэффициенты преобразовани  усилител  12, выпр мител  17, генератора тока 19.

В св зи с тем, что вход усилител  12 подсоединен только к одному плечу моста 10, образованного частью сопротивлени  резистора 8, в соотношение (3) введен коэффициент 0,5.

Второй образован дифференциальным усилителем 11, выпр мителем 16 и генератором тока 18

- соответг1 ве но

5

где К, , К16, коэффициенты преобразовани  усипитслн 11, выпр мител  16 и генератора тока 18.

При опускании поплавка 1 увепичи- ваетс  индуктивность нижней секции катушки 7 и среднее значение выходного сигнала дифференциального усилител  11 смещаетс  в область отрицательных напр жений, при выпр млении в блоке 16 обеспечиваетс  отрицательное управл ющее напр жение, уменьшающее значение тока, задаваемого по катушке соценоида 5 генератором тока 18.

В это же врем  на выходе выпр мител  17 формируетс  всегда положительное напр жение, управл ющее током 1 через катушку соленоида 4 в сторону его возрастани . В результате поплавок 1 возвращаетс , прит гива сь соленоидом 4 к среднему положению, сигнал разбаланса уменьшаетс  и в некоторый момент наступает равенство то

25 ков

4 и

15 в обмотках соленоидов. На

выходе дифференциального усилител  23 формируетс  нулевой уровень, который в виде логического нул  поступает через прерыватель 27 на вход элемента зо И 28 через управл емый переключатель

25. Если на втором входе элемента 28 присутствует логический нуль, то на выходе элемента 28 формируетс  управл ющий сигнал Е. Условие, при котором на выходе дифференциального усилител  15 формируетс  нулевой уровень

(. - U,3)-Kis- 0(5)

40

где U

- регулируемое опорное напр жение , Б;

U

45

50

& СО К 49 К съ выпр мленное напр жение на выходе управл емого делител  напр жени  29;

Kja, - коэффициенты делени  управл емого делител  29 и синхродетектора 13. Принима  опорный сигнал пропорциональным начальному току удержани  поплавка в среднем положении 10 и осуществл   подстановку значений U получим

13

1о

т 4. К

Ki3

г

(6)

К

и

К

5

К

18

U

м

(4)

Состо ние, при котором поплавок занимает среднее положение, устойчивое,

10

так как основное удержание поплавка в этом состо нии осуществл етс  малым разнонаправленным изменением токов 1 и I,- при минимальном сигнале разбаланс

са j-юста 10. В этом состо нии нулевой 3 сигнал на выходе дифференциального усилител  определ етс  соотношением задаваемых напр жений: на выходе управл емого делител  и опорного. При этом выходное напр жение делител  29 измен етс  до тех пор, пока на его управл ющий вход перестанет поступать сигнал с выхода дифференциального усилител  15 через управл емый ключ 26. Таким образом, на вход элемента И 28, соединенного с выходом усилител  15, логический нуль будет формироватьс  всегда и определ тьс  уровнем опорного напр жени . Если оно выставлено неверно, тогда при переключении управл емого переключател  24 на вход усилител  12 поступает неравный сигналу разбаланса моста 10 сигнал, который измен ет скачком силу тока в обмотке соленоида 4 и ведет к нарушению положени  поплавка 1, а следовательно , на выходе дифференциального усилител  23 формируетс  напр жение , соответствующее логической единице , поступающей на вход элемента И 28. При этом на его выходе сигнал управлени  пропадает. Цикл регулировани  положени  поплавка 1 в измерительном канале повтор етс  до тех пор, пока опорное напр жение не будет выставлено таким, при котором сигнал с выхода управл емого делител  не будет равен сигналу разбаланса моста 10, соответствующего устойчивому положению поплатзка 1. Каждый цикл настройки опорного напр жени  наблюдаетс  по включению - отключению регистратора 22.

16208448

Из соотношений (5) и (6) установим зависимость между напр жени ми разба20

25

30

35

40

С учетом (8) значение выходного напр жени  иг дифференциального усилител  23 получим

U23 Um Sw- . (К,,, х

x Ktg - К

и при условии и R2f R запишетс 

-i

К,ч) О

49

16

К ,7 К

Аб

и R

U23 U

- к

АА

L

SM

К

к

19

),

R (К„- К(в следовательно , дл  равенства необходимо выполнить условие

20

(9) О

К41 К

12

К

(9

(Ю)

При изменении расхода V 0 на поплавок 1 воздействует усилие набегающего потока Fy. Смещение поплавка приводит к разбалансу моста

S

(и изменению тока в катушке соленоида 5

(12)

U5

М

К16 к(й

10 ит,11

s

м

К,, К

t6

К

18

и

СО I

При

соответствии U0 уровню удержи- Лс

ваклцего тока 1 сигнал управлени  на выходе элемента И 28 не пропадает. Управл емый переключатель 25 закорачивает один вход И на землю,на второй вход элемента 28 подаетс  логический нуль.

На выходе дифференциального усилител  23 в этом случае выходное напр жение должно быть равно

50

55

23

2Л

1

Ra,

SW- К,, - Uw- К„п - К

У1 К

R 16

20

К,

29

О

х

(7)

3 0

5

0

С учетом (8) значение выходного напр жени  иг дифференциального усилител  23 получим

U23 Um Sw- . (К,,, х

x Ktg - К

и при условии и R2f R запишетс 

-i

К,ч) О

49

16

К ,7 К

Аб

и R

U23 U

- к

АА

L

SM

К

к

19

),

R (К„- К(в следовательно , дл  равенства необходимо выполнить условие

20

(9) О

К

12

К

(9

(Ю)

3 5

0

При изменении расхода V 0 на поплавок 1 воздействует усилие набегающего потока Fy. Смещение поплавка приводит к разбалансу моста

S

(и изменению тока в катушке соленоида 5

(12)

U5

М

К16 к(й

10 ит,11

s

м

К,, К

t6

К

18

и

СО I

который формирует приращение магнитного пол  с усилием ДГд, возвращающим поплавок в прежнее положение

л v - х

Д -

Sfl. г-П2

/IVR

AI2. (13)

где и 12

(J5 Ц)2 приращение тока в соленоиде 5, А. С учетом (7) получим

fi.n J-UJL-T. i SI / V (« Ре К А5 51з,

14)

S гi n

2 x

-- - чувствитель- ГК0, f) R

| Iеность преобразовани  расходомера, л/мин

Таким образом, расход среды через калиброванный измерительньй канал 2 расходомера пропорционален изменению тока через обмотку соленоида, удержи- ,« вающего усилием, создаваемым магнитным полем соленоида, поплавок в определенном посто нном положении, отклонение от которого в результате изменени  расхода формирует уравновешивающее сило- | вое воздействие.

Расходомер обеспечивает определение расходов различных сред жидких или газообразных в обоих направлени х с единой градуировкой, так как начальное.,,, усилие в отсутствие расхода среды, выставл емое с помощью опорного напр жени  14, пропорционально плотности среды, присутствующей в общей чувствительности расходомера в соотноше- 25 нии (9).

В силу встречного включени  обмоток дифференциальной измерительной катушки погрешности от возмущающих внешних факторов и изменени  параметров ее 0 исключаютс . Остаютс  нескомпенсированные погрешности, вызванные изменением параметров ферромагнитной вставки в поплавок 1 от температуры среды в св зи с изменением ее магнитной проницаемости .

Температурное изменение магнитной проницаемости, например феррита мар- ганцево-цинкового марки 150ВЧ, определ етс  значением об/ид и перепадом температуры воды

oi|uft -4 AT -4-1СГ6 MS -72- 10 0,0072%

35

Температурное изменение плотности f t, например, дл  воды составл ет

ДТ (+26 - +8)9С;

Ре., -Ре ., Ш

Подстановка этих значений в подкоренное выражение чувствительности расходомера дает значение погрешности

0,1524%,

V

72-10

гТ

0,31

«

,,, 5

0

5

5

0

5

т.е. практически очень мала. Остальную погрешность составл ют погрешности измерени  тока и напр жени  (на уровне вольт и сотен миллиампер), составл ющие , точность сравнени  в дифференциальных усилител х сигналов , точности выставлени  опорного напр жени  и деление управл емым делителем сигнала, которые составл ют цепи пр мого и обратного преоброзова- ни  и не превышают 0,1%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  расхода жидких и газообразных сред, содержащее корпус с калиброванным каналом, узел электромагнитного съема сигнала, состо щий из размещенного в измерительном канале поплавка, дифференци. альной катушки и переменного резистора , отличающеес  тем, что, с целью расширени  рабочего диапазона измер емых расходов различных сред и повышени  точности измерений , в него введены последовательно соединенные регулируемьй источник опорного напр жени , первый дифференциальный усилитель, первый управл емый переключатель, управл емый делитель гармонического напр жени  и синхродетектор, подключенный выходом к второму входу первого дифференциального -усилител , последовательно соединенные элемент И, второй управл емый переключатель, второй дифференциальный усилитель, первый выпр митель, первый генератор тока, перва  обмотка соленоида, третий дифференциальный усилитель, третий управл емый переключатель, выходом подключенный к входу элемента И, последовательно соединенные усилитель переменного напр жени , второй выпр митель , второй генератор тока, втора  обмотка соленоида и первый прецизионный резистор, генератор гармонического напр жени , второй прецизионный резистор и регистратор, входом объединенный с управл ющими входами первого, второго и третьего управл емых переключателей, и подключенный к выходу элемента И, вторым входом подключенного к выходу первого дифференциального усилител , второй вход регистратора подключен к выходу третьего дифференциального усилител , вторым входом подключенного к первому выводу

   первого прецизионного резистора, вторым выводом подключенного к общей шине , к которой через второй прецизионный резистор подключен первый вход третьего дифференциального усилител , начало и конец дифференциальной катушки подключены - соответственно к первому и второму входам второго дифференциального усилител , между кото- рыми включен переменный резистор, подвижный контакт которого подключен к выходу генератора гармонического напр жени , второй выход которого

   подключен к синхродетектору, а вход - к средней точке дифференциальной катушки и второму входу управл емого делител  гармонического напр жени , причем корпус представл ет собой трубку из немагнитного материала с двум  мембранами на торцах измерительного канала, на трубке размещены два соленоида, между которыми располагаетс  дифференциальна  катушка, состо ща  из двух секций, включенных встречно, а поплавок выполнен в виде капсул с магнитными вставками внутри.