RU143668U1

RU143668U1 - ELECTROMAGNETIC FLOW METER

Info

Publication number: RU143668U1
Application number: RU2013156936/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Вячеславович Шохин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ТЕРМОТРОНИК"
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-07-27

Abstract

1. Электромагнитный расходомер, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий индуктор с катушками, в зазоре которых расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, содержащей измерительный АЦП, вход которого соединен с электродами, а выход - со схемой управления, выполненной с обеспечением возможности управления и контроля тока питания индуктора, содержащей источник тока питания катушек индуктора, управляемый микроконтроллером, соединенным, по меньшей мере, с индикатором отображения, отличающийся тем, что схема управления содержит дополнительный АЦП, встроенный в микроконтроллер, один вход которого выполнен с возможностью измерения напряжения, пропорционального току через индуктор, и передачи измеренных величин напряжений на микроконтроллер, при этом один из выходов микроконтроллера соединен с управляющим входом источника тока индуктора с возможностью управления величиной тока индуктора и расчета микроконтроллером программно-аппаратным образом на выборке из нескольких различных значений тока индуктора усреднённого отношения сигнала с выхода первичного преобразователя расхода к току индуктора, их сравнения с предустановленными в энергонезависимой памяти микроконтроллера эталонными значениями и фиксации наличия нелинейности магнитной системы расходомера при отклонении текущих значений расчетных параметров от эталонных, с возможностью вывода результата, по меньшей мере, на индикатор отображения.2. Электромагнитный расходомер по п. 1, отличающийся тем, что энергонезависимая память содержит предустановленные эталонные значения уср�1. An electromagnetic flowmeter comprising a primary electromagnetic flow transducer, including an inductor with coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to a measuring circuit containing a measuring ADC, the input of which is connected to the electrodes, and the output - with a control circuit made to enable control and monitoring of the power supply current of the inductor, containing a power source of the power supply of the inductor coils, controlled by a microcontroller connected to at least an indicator Comparison, characterized in that the control circuit contains an additional ADC built into the microcontroller, one input of which is configured to measure the voltage proportional to the current through the inductor, and transmit the measured voltage values to the microcontroller, while one of the outputs of the microcontroller is connected to the control input of the current source inductor with the ability to control the magnitude of the current of the inductor and the calculation of the microcontroller in hardware and software manner on a sample of several different values of the current inductor the averaged ratio of the signal from the output of the primary flow converter to the inductor current, their comparison with the reference values preset in the non-volatile memory of the microcontroller and fixing the presence of non-linearity of the magnetic system of the flow meter when the current values of the calculated parameters deviate from the reference ones, with the possibility of outputting the result to at least a display indicator .2. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the non-volatile memory contains predefined reference values

Description

Назначение и область примененияPurpose and scope

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам) электропроводящих сред, и может быть использована, в частности, в приборах измерения расхода электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах, а также в счетчиках воды, кислот, щелочей, молока, пива и иных текучих сред.The utility model relates to instrumentation, in particular to electromagnetic devices for measuring the flow rate (flow meters) of electrically conductive media, and can be used, in particular, in devices for measuring the flow rate of electrically conductive liquid and coolant in pressure pipelines, as well as in meters of water, acids, alkalis, milk, beer and other fluids.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных сред, содержащие один измерительный преобразователь, один непроводящий трубопровод, одну магнитную систему, два электрода для снятия сигнала, пропорционального расходу, преобразователи сигналов.Known electromagnetic flow meters for measuring the flow rate of electrically conductive media, containing one measuring transducer, one non-conductive pipeline, one magnetic system, two electrodes for sensing a signal proportional to the flow, signal converters.

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].Also known is an electromagnetic flowmeter containing 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].

Известно также решение электромагнитного расходомера, содержащее первичный преобразователя расхода, выходы которого соединены со входами предварительного усилителя, соединенного через аналого-цифровой преобразователь с управляющим микроконтроллером, соединенным с источником тестового напряжения, связанным с формирователем тестового напряжения, вызоды котрого соединены с усилителем. При этом уиулитель и АЦП соединены с незавивисимым источником питания. Тестовое напряжение генерируется с предустановленной периодичностью, таким образом, что с выхода усилителя на вход АЦП поступает периодически измеренное напряжение первичного преобразователя и напряжение состоящее из наложенных измеренного сигнала и тестового, что позволяет осуществлять калибровку устрой путем сравнения выходных характеристик с предустановленными в микроконтроллере [US 7114400].It is also known a solution of an electromagnetic flowmeter containing a primary flow converter, the outputs of which are connected to the inputs of a pre-amplifier connected via an analog-to-digital converter with a control microcontroller connected to a test voltage source connected to the test voltage shaper, the outputs of which are connected to the amplifier. In this case, the amplifier and the ADC are connected to an independent power source. The test voltage is generated with a predetermined frequency, so that the periodically measured voltage of the primary converter and the voltage consisting of the superimposed measured signal and the test signal are fed from the amplifier output to the ADC, which allows the device to be calibrated by comparing the output characteristics with those pre-installed in the microcontroller [US 7114400] .

К числу недостатков вышеуказанных устройств можно отнести существенное влияние вешних магнитных полей на точность и достоверность измерений, что обусловливает увеличение погрешности измерений, а также громоздкость конструкции и относительно высокое энергопотребление, что ограничивает возможности применения электромагнитного расходомера указанной конструкции.The disadvantages of the above devices include the significant influence of external magnetic fields on the accuracy and reliability of measurements, which leads to an increase in measurement error, as well as the bulkiness of the design and relatively high energy consumption, which limits the possibility of using an electromagnetic flowmeter of this design.

Известен электромагнитный расходомер, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий индуктор с катушками, в зазоре которых расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, содержащей измерительный АЦП вход которого соединен с электродами, а выход со схемой управления, выполненной с обеспечением возможности управления и контроля тока питания индуктора, содержащей источник тока питания катушек индуктора, управляемый микроконтроллером соединенным, по меньшей мере, с индикатором отображения. Расходомер также содержит 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, индикатор отображения, соединенный с измерительной схемой. Кроме того, 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 широкополосным импульсным регулятором, и АЦП, служащий для передачи на вход микропроцессора напряжения, полученного преобразованием тока питания измерительным резистором. При этом, в начале работы расходомера инициируют возбуждение на электродах первичного преобразователя расхода знакопеременного напряжения, пропорционального скорости измеряемой среды в измерительном канале, пересекающей при движении магнитное поле индуктора, и осуществляют далее измерение величины электрического параметра измерительным АЦП, а преобразование измеряемой величины в единицы расхода жидкости в микроконтроллере. [RU 2295706 C2]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.A known electromagnetic flowmeter containing a primary electromagnetic flow transducer, comprising an inductor with coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to a measuring circuit containing a measuring ADC whose input is connected to the electrodes, and the output with a control circuit designed to allow control and monitoring the power supply current of the inductor, containing the power source of the power supply to the coils of the inductor, controlled by a microcontroller connected to at least an indicator display. The flow meter also contains an additional pipeline with electrodes located on opposite sides of the additional pipeline and connected to the input of the measuring circuit, while the additional pipeline with the measuring circuit form 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 , allowing to compensate for the influence of changes in the parameters of the measured medium, the magnetic system and the measuring circuit the measurement result, the measuring resistor indicator display connected to the measuring circuit. In addition, the measuring circuit contains a series-connected switch of analog signals, the inputs of which are connected to electrodes located on the pipelines, an analog-to-digital converter and a microprocessor that controls the switch, and the control circuit includes a power source for the coils of the magnetic system controlled by the microprocessor in conjunction with a broadband pulse regulator, and the ADC, which serves to transmit to the microprocessor input the voltage obtained by converting the supply current by measuring by the resistor. At the same time, at the beginning of the flowmeter operation, an alternating voltage proportional to the speed of the measured medium in the measuring channel crossing the magnetic field of the inductor is excited on the electrodes of the primary transducer, and then the electrical parameter is measured by the measuring ADC, and the measured value is converted to units of liquid flow in the microcontroller. [RU 2295706 C2]. This technical solution is made as a prototype of the present invention.

Недостатком этого устройства и представленного в нем способа осуществления и контроля измерений, является сложность конструктивного исполнения и большая чувствительность к внешним помехам с частотой, близкой к частоте питания катушек магнитной системы при невысоком уровне достоверности измерений в присутствии внешних магнитных полей отличных от указанных, существенное энергопотребление. Сущность заявленного решенияThe disadvantage of this device and the method of making and monitoring measurements presented in it is the complexity of the design and high sensitivity to external noise with a frequency close to the frequency of the power supply of the coils of the magnetic system with a low level of reliability of measurements in the presence of external magnetic fields other than those indicated, significant energy consumption. The essence of the claimed decision

Технической задачей, решаемой заявленным решением является предложение электромагнитного расходомера, обеспечивающего контроль условий работы измерительного прибора и влияния окружающей среды на его работоспособность.The technical problem solved by the claimed solution is the proposal of an electromagnetic flowmeter that provides control of the operating conditions of the measuring device and the environmental impact on its performance.

Техническим результатом заявленного устройства электромагнитного расходомера является повышение достоверности измерений, распознавания влияния внешних помех на точность измерений и, как следствие, повышение точности измерений, расширении их диапазона и спектра применения устройства, снижение энергопотребления.The technical result of the claimed device of an electromagnetic flowmeter is to increase the reliability of measurements, to recognize the influence of external interference on the accuracy of measurements and, as a result, to increase the accuracy of measurements, expand their range and spectrum of application of the device, reduce energy consumption.

Указанный технический результат достигают тем, что используют электромагнитный расходомер, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий индуктор с катушками, в зазоре которых расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, содержащей измерительный АЦП вход которого соединен с электродами, а выход со схемой управления, выполненной с обеспечением возможности управления и контроля тока питания индуктора, содержащей источник тока питания катушек индуктора, управляемый микроконтроллером соединенным, по меньшей мере, с индикатором отображения отличающийся от прототипа тем, что схема контроля управления содержит дополнительный АЦП, встроенный в микроконтроллер, один вход которого выполнен с возможностью измерения напряжения, пропорционального току через индуктор, и передачи измеренных величин напряжений на микроконтроллер, при этом, один из выходов микроконтроллера соединен с управляющим входом источника тока индуктора с возможностью управления величиной тока индуктора и расчета микроконтроллером программно-аппаратным образом на выборке из нескольких различных значений тока индуктора усредненного отношения сигнала с выхода первичного преобразователя расхода к току индуктора, их сравнения с предустановленными в энергонезависимой памяти микроконтроллера эталонными значениями и фиксации наличия нелинейности магнитной системы расходомера при отклонении текущих значений расчетных параметров от эталонных, с возможностью вывода результата, по меньшей мере, на индикатор отображения.The specified technical result is achieved by using an electromagnetic flowmeter containing a primary electromagnetic flow converter, including an inductor with coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to a measuring circuit containing a measuring ADC whose input is connected to the electrodes, and the output with a control circuit, made with the possibility of control and monitoring of the power supply current of the inductor, containing the microc a troller connected at least with a display indicator, which differs from the prototype in that the control control circuit includes an additional ADC built into the microcontroller, one input of which is capable of measuring voltage proportional to the current through the inductor, and transmitting the measured voltage values to the microcontroller, this, one of the outputs of the microcontroller is connected to the control input of the inductor current source with the ability to control the magnitude of the inductor current and calculate the programmable microcontroller but in a hardware way, on a sample of several different values of the inductor current, the averaged ratio of the signal from the output of the primary flow converter to the inductor current, their comparison with the reference values preset in the non-volatile memory of the microcontroller and fixing the presence of nonlinearity of the magnetic system of the flow meter when the current values of the calculated parameters deviate from the reference ones, with the ability to display the result, at least on the display indicator.

При этом, энергонезависимая память содержит предустановленные эталонные значения усредненного отношения сигнала с выхода первичного преобразователя расхода к току индуктора, а микроконтроллер выполнен с обеспечением возможности фиксации превышения текущих значений расчетных параметров от эталонных при их сравнении программно-аппаратным образом. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения схема контроля управления может дополнительно содержать питающийся от источника тока и снабженный датчиком тока мостовой коммутатор тока, выходы которого соединены со входами индуктора, а вход с микроконтроллером, при этом, один вход дополнительного АЦП соединен с датчиком тока, с возможностью измерения напряжения пропорционального току через индуктор, а второй вход с последовательно соединенными мостовым коммутатором и источником тока, с возможностью измерения напряжения пропорционального напряжению на индукторе. А энергонезависимая память может содержать предустановленные пороговые значения отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивлений индуктора, при этом микроконтроллер может быть выполнен с обеспечением возможности фиксации превышения пороговых значений сопротивления индуктора при сравнении программно-аппаратным образом текущих значений с эталонными.At the same time, non-volatile memory contains predefined reference values of the averaged ratio of the signal from the output of the primary flow converter to the inductor current, and the microcontroller is configured to fix the excess of the current values of the calculated parameters from the reference when comparing them with software and hardware. In addition, in a preferred embodiment of the invention, the control monitoring circuit may further comprise a bridge current switch powered by a current source and equipped with a current sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the inductor, and the input with a microcontroller, wherein one input of the additional ADC is connected to the current sensor, with the possibility of measuring voltage proportional to the current through the inductor, and the second input with series-connected bridge switch and current source, with the ability to measure voltage voltage proportional to the inductor. Non-volatile memory may contain predefined threshold values for the deviation of the current values of the active and inductive resistances of the inductor, while the microcontroller can be configured to fix the excess of the threshold values of the resistance of the inductor when comparing the current values with the reference values in hardware and software.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения выход измерительного АЦП соединен со входом микроконтроллера с возможностью передачи текущих значений измерения напряжения пропорционального скорости измеряемой среды проходящей через трубопровод первичного преобразователя. При этом, измерительный АЦП может быть соединен со входом микроконтроллера через гальваническую развязку, а дополнительный АЦП выполнен встроенным в микроконтроллер.In a preferred embodiment of the invention, the output of the measuring ADC is connected to the input of the microcontroller with the possibility of transmitting the current values of the voltage measurement proportional to the speed of the measured medium passing through the pipeline of the primary Converter. At the same time, the measuring ADC can be connected to the input of the microcontroller through galvanic isolation, and an additional ADC is built into the microcontroller.

Микроконтроллер может быть соединен, по меньшей мере, с импульсным выходом и/или выходом коммуникации, с возможностью представления результатов измерений и/или диагностической информации на внешние устройства посредством унифицированных выходных сигналов. Вместе с тем, в еще одном варианте осуществления изобретения, выходы микроконтроллера могут быть также соединены со входами внешних и/или периферийных устройств, с возможностью передачи, и/или представления результатов измерений и/или диагностической информации на внешние устройства, и/или накопления и архивирования результатов измерений, и/или записи ее на машиночитаемые носители информации, и/или вывода на печать. Причем, микроконтроллер может быть выполнен с возможностью формирования блокирующего управляющего сигнала на схему управления питания расходомера при превышении времени в течение которого осуществляется фиксация наличия внешнего магнитного поля искажающего результаты измерения и/или числа измерений фиксирующих наличие указанного магнитного поля, пороговые значения которых предустановленных в энергонезависимой памятиThe microcontroller can be connected at least with a pulse output and / or communication output, with the possibility of presenting the measurement results and / or diagnostic information to external devices through standardized output signals. However, in another embodiment of the invention, the outputs of the microcontroller can also be connected to the inputs of external and / or peripheral devices, with the possibility of transmitting and / or presenting the measurement results and / or diagnostic information to external devices, and / or accumulation and archiving measurement results, and / or recording it on computer-readable media, and / or printing. Moreover, the microcontroller can be configured to generate a blocking control signal to the flowmeter’s power supply control circuit if the time is exceeded, the presence of an external magnetic field distorting the measurement results and / or the number of measurements fixing the presence of the specified magnetic field, the threshold values of which are predefined in non-volatile memory, is fixed

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного решения электромагнитного расходомера.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of the claimed solution of an electromagnetic flow meter.

Следует отметить, что прилагаемый чертеж иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели, и поэтому не может рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которое включает другие варианты выполненияIt should be noted that the accompanying drawing illustrates only one of the most preferred embodiments of the utility model, and therefore cannot be construed as limiting the content of the utility model, which includes other embodiments

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Как следует из функциональной схемы, представленной на фиг. 1 электромагнитный расходомер включает первичный электромагнитный преобразователь 1 расхода, с индуктором 2 и катушками, в зазоре которых расположен трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, содержащей измерительный аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), выход которого непосредственно или через гальваническую развязку соединен с микроконтроллером 5. При этом, схема управления также содержит питающийся от источника 4 тока и снабженный датчиком 11 тока мостовой коммутатор 6 тока, выходы которого соединены со входами индуктора 2, а вход с микроконтроллером 5 вход которого, в свою очередь, соединен с выходом дополнительного АЦП 7, выполненного, в частности, встроенным в микроконтроллер 5. Причем, один из входов дополнительного АЦП 7 соединен с датчиком 11 тока. Микроконтроллер 5 также может быть снабжен встроенной энергонезависимой памятью, содержащей, в частности, предустановленные эталонные значения зависимости напряжения с выхода первичного преобразователя расхода к току индуктора. Возможны также реализации решения в которых энергонезависимая память является самостоятельным элементом схемного решения, подключаемым и управляемым микроконтроллером 5.As follows from the functional diagram shown in FIG. 1, the electromagnetic flowmeter includes a primary electromagnetic flow converter 1, with an inductor 2 and coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to a measuring circuit containing an analog-to-digital converter 3 (ADC), the output of which is connected directly or via galvanic isolation to the microcontroller 5. At the same time, the control circuit also contains a bridge current switch 6 powered by a current source 4 and equipped with a current sensor 11, the outputs of which are connected to the input the amps of the inductor 2, and the input with the microcontroller 5 whose input, in turn, is connected to the output of the additional ADC 7, made, in particular, built into the microcontroller 5. Moreover, one of the inputs of the additional ADC 7 is connected to the current sensor 11. The microcontroller 5 can also be equipped with a built-in non-volatile memory, containing, in particular, predefined reference values of the voltage dependence from the output of the primary flow transducer to the inductor current. Implementations of solutions are also possible in which non-volatile memory is an independent element of the circuit solution, connected and controlled by the microcontroller 5.

Микроконтроллер 5, являясь основой схемы управления, реализует программно-аппаратным образом основные функции управления работоспособностью измерительного комплекса и системой питания заявленного решения, и в частности, используется для:The microcontroller 5, being the basis of the control circuit, implements the basic functions of controlling the operability of the measuring complex and the power system of the claimed solution in hardware and software manner, and in particular, is used for:

- проведения вычислений и управления всеми периферийными устройствами,- calculations and control of all peripheral devices,

- вывода информации на индикатор 8,- information output on indicator 8,

- вывода информации на импульсные выходы 9,- information output to pulse outputs 9,

- вывода информации на выходы 10 коммуникации,- output information to the outputs 10 of the communication,

- управления мостовым коммутатором 6 тока питающегося от источника 4 тока, снабженного датчиком 11 тока (R)- control of the bridge switch 6 of the current powered from the current source 4, equipped with a current sensor 11 (R)

В конкретной реализации устройства в качестве измерительного АЦП 3 может быть использована интегральная схема ADS1292, в качестве микроконтроллера 5 - интегральная микросхема EFM32F222 или EFM32LG232, а в качестве дополнительного АЦП 7 - внутренний АЦП микроконтроллера 5, оставшаяся же часть схемы реализована на дискретных компонентах.In a specific implementation of the device, the ADS1292 integrated circuit can be used as a measuring ADC 3, an EFM32F222 or EFM32LG232 integrated circuit as a microcontroller 5, and an internal ADC of a microcontroller 5 as an additional ADC 7, the remaining part of the circuit is implemented on discrete components.

При этом, устройство контроля измерений расхода текучих сред работает следующим образом:In this case, the control device for measuring the flow rate of the fluid is as follows:

Индуктор 2 первичного преобразователя 1 расхода, запитывается знакопеременным током с выхода мостового коммутатора 6 тока, управляемого микроконтроллером 5. При этом величина тока через индуктор определяется источником 4 тока.The inductor 2 of the primary Converter 1 flow is powered by alternating current from the output of the bridge switch 6 current controlled by the microcontroller 5. In this case, the current through the inductor is determined by the source 4 of the current.

При движении электропроводящей измеряемой среды, пересекающей магнитное поле индуктора 2, на электродах (выходах) первичного преобразователя 1 расхода возникает знакопеременное напряжение, пропорциональное скорости измеряемой среды, поступающее на вход измерительного АЦП 3, выходы которого напрямую или через барьеры гальванической развязки соединены со входами микроконтроллера 5, вычисляющего расход на основании измеренного на электродах напряжения.When the electrically conductive measured medium is moving across the magnetic field of inductor 2, an alternating voltage proportional to the speed of the measured medium arrives at the input of the measuring ADC 3 at the electrodes (outputs) of the primary flow converter 1, the outputs of which are connected directly or through galvanic isolation barriers to the inputs of the microcontroller 5 calculating the flow rate based on the voltage measured on the electrodes.

Согласно заявленному техническому решению, вариант осуществления которого представлен на фиг. 1, один из входов дополнительного АЦП 7, в качестве которого в приведенном варианте используется встроенный АЦП микроконтроллера 5, подается напряжение V₁ с датчика 11 тока, пропорциональное току I через индуктор 2.According to the claimed technical solution, an embodiment of which is presented in FIG. 1, one of the inputs of the additional ADC 7, which in the above embodiment uses the built-in ADC of the microcontroller 5, is supplied with voltage V ₁ from the current sensor 11, which is proportional to the current I through inductor 2.

Программно-аппаратным образом, посредством микроконтроллера 5, управляя величиной тока индуктора через управляющий вход Iset источника 4 тока, дополнительно, с помощью встроенного дополнительного АЦП 7 микроконтроллера 5, осуществляют контроль его точного значения измерением пропорционального току через индуктор напряжения с датчика 11 тока (R),. При этом для N значений тока индуктора от I₁ до I_N на выходе АЦП 3 осуществляют измерение соответствующего напряжения V_N пропорционального величине расхода и программно-аппаратным образом на различных значениях тока индуктора в микроконтроллере вычисляют усредненное отношение Q_N сигнала V_N с выхода первичного преобразователя расхода к току индуктора I_N. На основании анализа зависимости этого отношения (Q_N=V_N/I_N) от тока индуктора диагностируют нарушение линейности магнитной системы расходомера. При этом, полученную зависимость Q_N от I_N сравнивают с предустановленной в памяти микроконтроллера 5 эталонной зависимостью, а нелинейность магнитной системы расходомера, искажающую метрологические характеристики прибора диагностируют на основании превышения значения отклонения значений указанной зависимости Q_N от порогового значения установленного в энергонезависимой памяти микроконтроллера, определенного на стадии производства расходомера.Using a microcontroller 5, by controlling the magnitude of the inductor current through the control input Iset of the current source 4, in addition, using the built-in additional ADC 7 of the microcontroller 5, its exact value is monitored by measuring proportional to the current through the voltage inductor from the current sensor 11 (R) ,. In this case, for N values of the inductor current from I ₁ to I _N at the output of the ADC 3, the corresponding voltage V _N is measured proportional to the flow rate and the average ratio Q _{N of the} signal V _N from the output of the primary converter is calculated on different values of the inductor current in the microcontroller flow to the inductor current I _N. Based on the analysis of the dependence of this ratio (Q _N = V _N / I _N ) on the inductor current, a violation of the linearity of the magnetic system of the flowmeter is diagnosed. At the same time, the obtained dependence of Q _N on I _{N is} compared with a reference dependence preinstalled in the memory of microcontroller 5, and the nonlinearity of the magnetic system of the flowmeter distorting the metrological characteristics of the device is diagnosed based on the excess of the deviation of the values of the indicated dependence Q _N from the threshold value set in the non-volatile memory of the microcontroller, defined at the production stage of the flow meter.

Поскольку под влиянием внешнего магнитного поля изменяется характер намагниченности стального сердечника магнитной системы от напряженности магнитного поля, изменяются и значения измеренного отношения Q_N от I_N относительно значений, полученных при производстве расходомера, Таким образом, по факту фиксации отличия сравниваемых значений может быть сделан вывод о наличии внешнего магнитного поля, искажающего результаты измерения. Оценку изменений значений зависимости Q_N относительно эталонных предпочтительно осуществляют относительно пороговых значений допустимых изменений, например, исчисляемых в виде процентного соотношения, или предустановленного диапазона, или каким-либо иным способом, известным из уровня техники, позволяющим осуществлять контроль допустимых отклонений диагностируемых величин. Так, при превышении заданного порога изменения, установленного в энергонезависимой памяти микроконтроллера в виде процентного соотношения (например, 1%), микроконтроллер может диагностировать наличие внешнего поля, искажающего метрологические характеристики прибора. При этом, микроконтроллер может сформировать сообщение предустановленного образца для вывода его на индикаторное устройство расходомера, и/или передать информацию на импульсный выход, и/или на внешние или периферийные, подключаемые посредством коммутационных разъемов, устройства, с возможностью распознавания информации, ее обработки, отображения, вывода на печать, записи на машиночитаемые носители, архивирования и т.д. Для исключения случайной ошибки выявления полей, оказывающих влияние на достоверность осуществляемых расходомером измерений, в микроконтроллере программно-аппаратным образом могут быть предустановленны таймер и/или счетчик измерений, отслеживающих повторяемость выявления отклонений текущих значений Q_N от эталонных. Таймер и счетчик могут быть реализованы программно-аппаратным способом. При этом, микроконтроллер может быть выполнен с возможностью формирования блокирующего управляющего сигнала на схему управления питания расходомера при превышении времени в течение которого осуществляется фиксация наличия внешнего магнитного поля искажающего результаты измерения и/или числа измерений фиксирующих наличие указанного магнитного поля, пороговые значения которых предустановленных в энергонезависимой памяти микроконтроллера.Since under the influence of an external magnetic field the character of the magnetization of the steel core of the magnetic system changes from the magnetic field, the measured ratio Q _N from I _N also changes with respect to the values obtained during the production of the flow meter. Thus, by fixing the difference between the compared values, we can conclude the presence of an external magnetic field distorting the measurement results. The assessment of changes in the values of the dependence of Q _N relative to the reference is preferably carried out relative to the threshold values of permissible changes, for example, calculated in the form of a percentage, or a predetermined range, or in any other way known from the prior art, which allows monitoring of tolerances of diagnosed values. So, if the specified threshold of change is exceeded, which is set in the non-volatile memory of the microcontroller as a percentage (for example, 1%), the microcontroller can diagnose the presence of an external field that distorts the metrological characteristics of the device. At the same time, the microcontroller can generate a message of a predefined sample for outputting it to the indicator device of the flowmeter, and / or transmit information to a pulse output, and / or to external or peripheral devices connected via switching connectors, with the possibility of recognizing information, processing it, displaying it , printing, writing to machine-readable media, archiving, etc. To exclude a random error in identifying fields that affect the reliability of the measurements carried out by the flowmeter, a timer and / or measurement counter can be pre-programmed in the microcontroller to monitor the repeatability of detecting deviations of the current values of Q _N from the reference ones. The timer and counter can be implemented in hardware and software. At the same time, the microcontroller can be configured to generate a blocking control signal to the flowmeter’s power supply control circuit if the time is exceeded, the presence of an external magnetic field distorting the measurement results and / or the number of measurements fixing the presence of the specified magnetic field, the threshold values of which are preset in non-volatile, is fixed. microcontroller memory.

Таким образом, очевидно, что предложенное решение электромагнитного расходомера позволяет с высокой степенью вероятности осуществлять распознавание влияния внешних магнитных полей на точность измерений, с возможностью оповещения о полученных результатах контроля измерений и блокировки работы прибора при отсутствии устранения причин искажения, что повышает достоверность осуществляемых расходомером измерений, а также, в свою очередь, повышает точность измерения, расширяет диапазон измерений и спектр применения устройства. Устройство содержит один источник питания, а параметры работы всего устройства контролируются программно-аппаратным образом микроконтроллером, связанным с двумя АЦП, один из которых является встроенным в микроконтроллер, что обеспечивает снижение энергопотребления за счет возможности оптимизации работы всех модулей устройства.Thus, it is obvious that the proposed solution of the electromagnetic flowmeter allows a high degree of probability to recognize the influence of external magnetic fields on the measurement accuracy, with the possibility of notifying about the obtained measurement control results and blocking the operation of the device in the absence of eliminating the causes of distortion, which increases the reliability of the measurements carried out by the flowmeter, and, in turn, increases the accuracy of measurements, expands the range of measurements and the range of application of the device. The device contains one power source, and the operation parameters of the entire device are controlled by a hardware-software microcontroller associated with two ADCs, one of which is built into the microcontroller, which reduces energy consumption due to the possibility of optimizing the operation of all device modules.

Технические решения заявленного решения могут быть использованы в промышленных системах контроля текучих сред, в системах управления различными технологическими процессами, в химической, пищевой промышленности, топливно-энергетическом комплексе, при организации проверки метрологических характеристик расходомерного оборудования, а также при исследованиях в области расходометрии и электромагнитного измерения расхода электропроводящих сред, в частности, и т.д.Technical solutions of the claimed solution can be used in industrial fluid control systems, in control systems for various technological processes, in the chemical, food industry, fuel and energy complex, in organizing verification of metrological characteristics of flow meter equipment, as well as in research in the field of flow metering and electromagnetic measurement flow rate of conductive media, in particular, etc.

Claims

1. An electromagnetic flowmeter comprising a primary electromagnetic flow transducer, including an inductor with coils, in the gap of which there is a pipeline with electrodes connected to a measuring circuit containing a measuring ADC, the input of which is connected to the electrodes, and the output - with a control circuit made to enable control and monitoring of the power supply current of the inductor, containing a power source of the power supply of the inductor coils, controlled by a microcontroller connected to at least an indicator Comparison, characterized in that the control circuit contains an additional ADC built into the microcontroller, one input of which is configured to measure the voltage proportional to the current through the inductor, and transmit the measured voltage values to the microcontroller, while one of the outputs of the microcontroller is connected to the control input of the current source inductor with the ability to control the magnitude of the current of the inductor and the calculation of the microcontroller in hardware and software manner on a sample of several different values of the current inductor the averaged ratio of the signal from the output of the primary flow converter to the inductor current, their comparison with the reference values preset in the non-volatile memory of the microcontroller and fixing the presence of nonlinearity of the magnetic system of the flow meter when the current values of the calculated parameters deviate from the reference ones, with the possibility of outputting the result to at least a display indicator .

2. The electromagnetic flowmeter according to claim 1, characterized in that the non-volatile memory contains predefined reference values of the average ratio of the signal from the output of the primary flow converter to the inductor current, and the microcontroller is configured to fix the excess of the current values of the calculated parameters from the reference when comparing them with software in a hardware manner.

3. An electromagnetic flow meter according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the control monitoring circuit further comprises a bridge current switch connected to the current source and equipped with a current sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the inductor, and the input is connected to the microcontroller, while one input of the additional ADC is connected to the current sensor, with the ability to measure voltage proportional to the current through the inductor.

4. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the output

The measuring ADC is connected to the input of the microcontroller with the possibility of transmitting the current voltage measurement values proportional to the speed of the medium being measured passing through the pipeline of the primary converter.

5. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the measuring ADC is connected to the input of the microcontroller through galvanic isolation.

6. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the microcontroller is connected at least with a pulse output and / or communication output, with the possibility of presenting the measurement results and / or diagnostic information to external devices through standardized output signals.

7. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the outputs of the microcontroller are connected to the inputs of external and / or peripheral devices, with the possibility of transmitting and / or presenting measurement results and / or diagnostic information to external devices, and / or accumulation and archiving measurement results, and / or recording it on computer-readable media, and / or printing.

8. The electromagnetic flow meter according to claim 1, characterized in that the microcontroller is configured to generate a blocking control signal to the flowmeter power supply control circuit when the time is exceeded, during which the presence of nonlinearity of the magnetic system of the flowmeter is detected.