SU1649279A1 - Способ измерени расхода электропровод щих сред и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостро- нию, в частности к расходометрии, и позвол ет повысить точность измерени  расхода электропровод щих сред. В процессе измерени  расхода среды измер ют напр жение , пропорциональное вихревым токам в среде, и напр жение, пропорциональное скорости движени  среды. Напр жение, пропорциональное вихревым токам в среде, сравнивают с эталонным напр жением и разность между ними поддерживают равной нулю путем регулировани  тока питани  магнитной системы преобразовател . О расходе суд т по величине напр жени , пропорционального скорости движени  измер емой среды. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к измерению расхода электропровод щих сред кондукцио.чыми электромагнитными расходомерами, и может быть использовано в химической промышленности , атомной энергетике и научных исследовани х.

Цель изобретени  - повышение точности .измерени .

Способ кондукционного электромагнит- ного измерени  расхода электропровод щих сред заключаетс  в следующем.

Измер ют сигнал от вихревых токов в контролируемой среде путем измерени  напр жени  на вихревых электродах преобразовател  расхода. Одновременно формируют эталонное напр жение, например , на источнике стабильного посто нного напр жени . Амплитудное значение напр жени  сигнала от вихревых токов сравнивают с эталонным напр жением на суммирующем усилителе. Усиленной разностью этих напр жений регулируют (измен ют) величину тока питани  таким образом, чтобы данна  разность стала равной нулю. Это осуществл етс  путем введени  отрицательной обратной св зи по амплитудному значению напр жени  сигнала от вихревых электродов в усилительный тракт питани  магнитной системы. В результате величина сигнала с вихревых электродов поддерживаетс  посто нной, а следовательно, посто нной остаетс  градуировочна  характеристика расходомера. Таким образом , величина вихревого сигнала поддерживаетс  посто нной. О величине расхода при этом суд т по величине скоростного сигнала . В услови х высоких и измен ющихс 

сь

Јь Ю

§

емператур измер ют сигнал температуры реобразовател  температуры путем измеени  напр жени  термопары, установленной на канале, заполненном измер емой редой. Масштабируют (т.е. измен ют) его

величину в К раз (К - j-rTTfV)на масш

табирующем усилителе, при этом температурное изменение характеристики ДО/СЬ преобразовател  определ етс  либо экспериментальным пугем на расходомеркой установке , либо расчетным путем. Промасштабировакный сигнал сумми угт с эталонным напр жением, полученную сумму напр жений срзониваютс напр жением вихревых токов на суммирующем усилителе . Усиленным разностным сигналом регулируют (измен ют) ток питани  магнитной системы преобразовател  расхода таким образом, что разница между суммой масштабированного температурного сигнала с эталонным напр жением и напр жением оs вихревых токов поддерживаетс  равной нулю,

Таким образом, измен ют градуиро- вочную характеристику расходомера на соответствие ее градуиросочной характеристике при. данной рабочей температуре,

На черте че изображена функциональна  схема устройства дл  измерение расхода электропровод щих сред, которое реализует предлагаемый способ.

Устройство состоит из магнит ой мы 1 с катушками 2, в зазоре г.о горой распо- пожен измерительный канал 3 с основными электродам, 4 дл  сн ти  скоростчот сгг- нзла и дополнительными электродами 5 дл  сн ти  вихревого сигнала.

Катушки 2 магнитной системы 1 соединены с усилителем 6 меишости который, в свою очередь, соединен с выходом 7 цифрового геиерагор  3 синусоидальных колебаний . Дополнительные злекгроды 5 измерительного канала 3 соединены с предварительным усилителем вихревого сигнала 9, выход которого соединен с входом 10 схемы 11 выборки и хранени  аналогового сигнала (СВХ). Другой вход 12 СЕХ 11 соединен с выходом 3 цифрового генератора 8. Выход 14 схемы 11 выборки и хранени  соединен с инвертирующим входов 15 суммирующего усилител  16. Пр мой вход 17 суммирующего усилител  16 соединен с источником 18 стабильного напр жени . Выход предварительного усилител  9 вихревого сигнала нар ду с соединением с входом 10 СВХ 11 содинен т кже с клеимой 19 переключател  20. Основные электродь1

4 соединены г предварительным усилителем 21 скоростною сигнала, выход которого соединен с клеммой 22 переключател  20. Обща  клемма 23 переключател  20 соедиHei IB с входом Фазового детектора 24, выход которого через оегул тор 25 чувствительности соединен с индикатором 26,

В устройстве дл  условий высоких и измен ющихс  температур датчик 27 темпе0 ратуры соединен с масштабирующим усилителем 28, выход которого соединен с пр мым входом 29 суммирующего усилител  16.

Способ измерени  расхода электротро5 вод щих сред осуществл ют с помощью предлагаемого ус оойства следующим об- разог.

Расходомер в зависимое ги от положени  переключател  20 имеет два режима

0 работы: w ерениа и капибровка,

В режимь. измерени  стабил-.ное напр жение источника 18 подаетс  ча вход 17 суммирующего усилител  16, усиливаетс  и посыпает на управл ющий вход цифрового

5 генератора синусоидальных колебаний.

Синусоидальное напр жение с выхода 7 поступает нч вход усилител  8 мощности. который питает кгтушкы 2 агнитной системы I симуии льныи юком, В движущейс 

0 измер емой среде, заполн ющей кака  Г, и в самок канале, помещенном в переменное магнитное поле, возникай: г оихре ые гокм / точи, пропорцией впьныесу трэсто из.1.р е- мсй среды. Вихревые и скоростные токи

5 взаимосв заны, причем р лревые токи пропорциональны величл е v распределению магнитного пол  и не завис т от скорости измер емой среды, а скогпстные теки пропорциональны величмге, распределению

0 магнитного пол  и скорости измер емой среды.

Нэгр жеь -13 пропорциснапь - ° ivixpe- вым токаи, снимаетс  с цополнигегьных электродов усиливс Стс  усилителем 9 вих5 ревого си. si& и поступает на запоминающий вход 10 СВХ 11.

На вход управлени  12 СВХ 11 подаютс  импульсы с выхода 13 цифрового генератора 8 в номенты прохождени 

0 синусоидально-о нзпр жечи  на входе 10 СВХ 11 через максимум. В результате не выходе 1-1 СВХ 1 будет присутстйсв ть посто ннее напр жение, равное амплитудному значению усиленно-о вихревого сигнала.

Е Посто нное напр жение с выхода 14 СВХ 11 поступает на инверсный вхо/115 суммирующего усилител  10, который  вл етс  входом огоицате ьной обоэтной св зи.

Таким образом, в питачип ;окпм обл иток 2 с/агнити й , состо и.эй

/is мсточсика 18 посто нною напр жени , с ммруюпего усилител  16, цифрового ге- гО;,, орз Ь смнусоидал - иого напр жени , с:п;;,тел  6 мощности ззедена отрицатель- обратна  св зь по усиленному вихрево- v.-j .-пгнапу, включающа  предварительный усилитель 9 вихревого сигнала и СВХ 11.

Очевидны следующие соотношени  дл  икгналсз. участвующих s работе устройст- иг , приведенного кз схеме

(Oq-KiUD0);(1)

Ui KgfUo KiUbo) йл;(2)

Uh Ю; Ui;(3)

Ub Ub0 ccswt,(4)

ГДЕ; K-; - коэффициент усилени  усилител  г - гегого сигнал1 ;

1ч.з - коз Ьфииу.ект усилени  суммирую- L Jbro усилител ;

-4 коэффициент усилени  усилител  мощности;

Ji - напр жение на выходе цифрового : ерэторэ синусоидального напр жени ; UD - напр жение на вихревых генератоL DO амплитудное значение напр же- вихревых электродах1 си- кругова  остота генератора. и гс&лч  в (З1 рыражени  (2) и (4), поKi Vt3КзК4

К

- + Кз К.(

1ри гл РОКОВОЙ обратной св зи, т.е.

1 1,

(-. - , , - 1

tiiviaeM с. /лОстлточной точностью

Ki .(6)

изменение магнитного пол  и -jro распределени , вызванного относитель- «:. канала и магнитной систе- .- Б у.лопл х повышенных и мен ющихс  3 г °рзтуи, приводит к изменению тока об- , таким образом, что величина вихрево- ;г, с гчала остаетс  посто нной,

Следовательно, так как скоростной и зихрззой сигналы взаимосв заны, остаетс  ,:-лзмеччой градуировочна  характеристика расходомера.

Г корсетной сигнал, снимаемый с злектпо .поь 4, усиливаетс  усилителем 21 и через

з.- ЛгОч тель 20 поступает на вход фазоOi .. доте сгэра 24. С фазового детектора

-т iq.,v ,ние, пропорциональное расходу,

иоез регул тор чувствительности индика , : лз 25 поступает на индикатор 26.

Кз индикаторе 26 регистрируетс  рас- хпи. О. пропорциональный подаваемому на 1 э о налу

UCKO С1с U0

где Qo - калибровочное число расходомера; UCKO - амплитудное з.-аиение напр же- 5 ни  скоростного сигнала;

К2 коэффициент усилени  усипител  скоростного сигнала.

В режим калибровки расходомер переводитс  переключателем 20. Пои этом замы- 10 каютс  контакты 19 и 23.

Под калибровочным числом расходомера дл  данной температуры измер емой среды подразумеваетс  посто нна  величина , индуцируема  индикатором з режиме 5 калибровки, при которой расходомер в режим измерени  измер ет расход в натуральных единицах (л/с, Г/с, кг/с). Калибровочные числа расходомера рассчитываютс  или определ ютс  эксперимен- 0 тал-ьно на градуировочном стенде дл  р да рабочих температур измер емой среды.

Вихревой сигнал от усилител  9 вихревого сигнала поступает н фазовый детектор 24 и через регул тор 25 чувствительности ин- 5 дикатора подаетс  на индикатор 26, на котором и контролируетс  калибровочное число. В случае изменени  температуры измер емой среды при помощи регул тора 25 чувствительности устанавливаетс  соответст- 0 вующее данной температуре калибровочное число на индикаторе 26.

Способ измерени  расхода электропровод щих сред по п.2. формулы изобретени  осуществл етс  следующим образом. . 5 В режиме измерени  сигнал отдатчика 27 температуры поступает на масштабирующий усилитель 28. Усиленное напр жение от датчика 27 температуры суммируетс  о напр жением стабильного источника 18 на- 0 пр жени . Очевидны следующие соотношени  дл  сигналов, участвующих в работе устройства:

U R3(Uo + KyT-KiU;(7)

Ui «3(U0+ KyT-KiUb0)(yt, (8) 5 где К - коэффициент усилени  масштабирующего усилител ;

у- чувствительность термопары; Т - температура измер емой среды; Ub K4Ui;(9)

0 Ub Ub0cosct.(10)

Подставл   в () выражени  (8) и (10), получим

KlUbo При глубоковй отрицательной обратной св зи (Ki 1; Кз К4 Недостаточной точностью Ki Ubo Do + К уТ, т.е. усиленное вихревое напр жение будет равно сумме эталонного напр жени  с усиленным напр 5

жением от термопары. Следовательно, гра дуировочна  характеристика расходомера будет мен тьс  линейно в зависимости от температуры.

Расчетом или на градуировочном стенде можно определить изменение калибровочного числа расходомера AQ Qi - Q0 дл  конечных температур рабочего диапазона Ti -и Т0. Полага , что градуировочна  характеристика в диапазоне темпьратур ДТ - Ti - То мен етс  линейно, калибровочное

число Q0(T) Qo 1 +

На индикаторе 26 регистрируетс  расход

Кт UCKOr r -s L

Q Uo + Ky(T To7Qo 1 f

+ ДО (Т-То) 1

ОГАТj

При коэффициенте усилени  масштабирующего усилител 

U0 AQ

К расход

Q

yQoAT

К2 U

ско

Uo

Qo ,

регистрируемый расходомером во асем диапазоне температур А Т не зависит от температуры .

В режиме калибровки осуществл етс  контроль соответстви  калибровочною числа на индикаторе 26 калибровочному числу расходомера, рассчитанному или определенному мз эксперимента дл  рабочей температуры измер емой среды. В случае несоответстви  калибровочное число восстанавливаетс  при помоши регул тора 2S чувствительности индикатора.

Таким образом, предлагаемый способ измерени  расхсда электропровод щих сред и устройство дл  его осуществлени  позвол ют повысить точность измерени  за счет исключени  погрешностей, вызванных изменени ми величины концевых эффектов а процессе эксплуатации; изменени ми грздуировочной характеристики при изменении температуры; нелинейностью схем преобразовани  сигналов.

Claims (4)

1. Способ измерени  расхода электропровод щих сред, заключающийс  в измерении напр жени , пропорционального скорости движени  среды, и напр жени , пропорционального вихревым токам в среде , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, напр жение , пропорциональное вихревым токам в

среда, сравнивают с эталонным напр жением и разницу между ними поддерживают равной нулю путем регулировани  токе питани  магнитной системы преобразовател , а о расходе суд т по величине напр жени , пропорционального скорости движени  измер емой среды.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точностм измерений в услови х высоких и измен ющихс  температур, измер ют температуру среды, преобразуют ее в напр жение, суммируют его с эталонным напр жением и сравнивают с напр жением, пропорциональным вихревымтока .м в среде, а разницу напр жений поддерживают равной нулю путам регулировани  тока питани  магнитной систамы, при этом коэффициент преобразовани  К удовлетвор ет соотношению

K-AQ/Q Uo/yAT

где AQ/0 -- изменение грздуировочной характеристики е диапазоне рабочих температур;

Uo - эталонное напр жение;

А Т - диапазон рабочих температур; у- чувствительность измеоител  температуры .

3.Устройство дл  измерений расхода электропровод щих сред, содержащее измерительный кзнал с установленными на нем основными и дополнительными зл&кт- родзми, магнитрую систему с катушками, подключенными к выходу усилител  мощности , входом подключенного к генератору, предварительные усилители соответственно скоростных и вихревых сигналов, подключенные к основным и дополнительным электродам, переключатель, фазовый , регул тор чувствительности и индика- , обличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в не о введены источник стабильного напр жени , суммирую 1й усилитель и схема выборки и

хранени , генератор выполнен цифровым, причем выход предварительного усилител  скоростного сигнала подключен к первому входу переключател , второй вход которого соединен с выходом предварительногоуси0 лител  вихревого сигнала и входом схемы выборки-хранени , второй вход которой сс- единр - с вторым выходом генератора, а выход . подключен к инверсному входу суммирующего усилител , пр мой пход

5 которого подключен к выходу источника стабильного напр жени , выход переключател  через последовательно соединенные фазовый детектор и регул тор чувствительности подключен к индикатору.

4. Устройство по п.З, отличающеес  т ем, что, с целью повышени  точности измерений в услови х высоких и измен ющихс  температур, в него введены датчик температуры, установленный в измерительном канале, масш габиоующЕ- й усилитель , входом подключенный к дэтчиху температуры, а выходом - к второму пр мому входу суммирующего усилител .