SU901829A1 - Коррел ционный способ измерени расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  измерени  расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред.

Известны коррел ционные способы измерени  расхода,основанные на измерении времени запаздывани  по максимуму коррел ционной Функции двух сигналов, поступающих от преобразователей , расположенных на определенном рассто нии друг от друга в двух сечени х потока. Преобразователи Коррел ционных расходомеров создают непрерывные сигналы в соответствии с характером изменени  случайных процессов в контролируемых сечени х, которые.далее.обрабатываютс  в коррел ционной измерительной схеме 1 . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  коррел ционный способ измерени  расхода, основанный на изме- , рении времени запаздывани  методом взаимной коррел ции двух шумовых сигналов, поступающих с двух магнитных расходомеров.

Этот способ, основанный на том, что течение электропроводной жидкости гейерируют на электродах магнит .ного расходомера посто нный и переменный электрический сигнал, причем

переменный сигнал  вл етс  шумовым, безынерционен, так kaK в качестве датчиков используютс  магнитные расходомеры , которые практичеЬки безынерционны , но точность его невысока, так как она определ етс , в основном , чистотой обработки внутренней поверхности трубопровода, на котором установлены магнитные расходомера.

10 Наличие на внутренней поверхнбсти трубопровода даже незначительных шероховатостей приводит к искажению эпюры скоростей жидкости в пограничном длое, а следовательно, к ис15 кажению фортки шумового сигнала,что ведет к существенному снижению точности измерени . Изготовить трубопровод без шероховатостей на внутренней поверхности практически не20 возможно.

Известный способ осуществл ют устройством, включгиоцим в себ  два магнитных расходомера, расположенных в двух, смещенных по потоку друг

25 относительно друга cieчeни x трубопровода , и коррел тор, измер ющий врем  задержки прохождени  шумовых меток между расходомерами путем вычислени  функции взаимной коррел 30 .

ilcMib изобретени  - повышение точ :ости измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в коррел ционном способе измерени  расхода электропроводных жидкостей и двухфазных сред, заключающемс  в измерении времени запаздывани  по максимуму коррел ционной функции двух сигналов, несущих информацию о расходе в двух сечени х трубопровода в качестве сигналов используют компоненты положительной и отрицательной пол рности квадратурной составл ющей выходного сигнала одного электромагнитного преобразовател  расхода .

В устройстве осуществл ющем предлагаемый способ, содержащем электромагнитный преобразователь расхода,выполненный в виде трубопровода с двум электродами, магнитную систему переменного тока, усилитель,демодул тор и статистический коррел тор,межд выходом демодул тора и первыг входом статистического коррел тора включен диод в пр мом направлении, а между выходом демодул тора и вторым входом статистического коррел тора включен диод в обратном направлении.

На фиг. 1 представлена схема устройства , реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 - электромагнитный преобразователь расхода, сечение,проход щее через электроды вдоль оси трубопровода; на Фиг, 3 - зависимост весовой функции от рассто ни  вдоль оси Z; на фиг. 4 - график производно весовой функции вдоль оси Z; на фиг. 5 - зависимость изменени  квадратурной компоненты сигнала от положени  ,},

i 3

Ч

фиг, 2 частицы; на фиг, б - амплитуда выходного напр жени  демодул тора в зависимости от величины сигнала помехи; на фиг. 7- график изменени  выходного напр жени  демодул тора; на фиг. 8 - сигнал, поступаюидий на первый вход статистического коррел тора; на фиг, 9 - сигнал, поступающий на второй вход статистического коррел тора.

Устройство (Фиг,1) содержит электромагнитный преобразователь расхода , содержащий трубопровод 1 с двум  электродами 2, магнитную схему 3 переменного тока, усилитель 4 переменного тока, блок 5 демодул тора , диоды б, статистический коррел тор 7, включающий в себ  первое 8 и второе 9 входные устройства, управл ющий блок 10 регулируемой задержки, блок 11 коррел тора и экстремальный регул тор 12.

Измерение расхода осуществл етс  следующим образом. ;

Когда переменное магнитное поле, создаваемое (фиг.2) магнитной .й 3 переменного тока, пронизывает

sTponi.iopojiiiyrf жидкость, наход щуюс  в трубопроводе 1, в жидкости индуцируетс  переменное соленоидальное электрическое поле, под действием которого возникают циркул ционные вихревые токи 13. , В случае, если конструкци  преобразовател  расхода симметрична относительно электрической нейтрали 14, а жидкость имеет однородную электропроводность во всем объеме кана Q ла/ на электрической нейтрали 14, вдоль которой установлены электроды, разностьпотенциалов равна нулю, вследствие симметрии вихревых токов, возникающих в жидкости по обе стороны от электрической нейтрали, 15 В случае, если в жидкости находитс  частица 15, обладающа  электропроводностью отличной от электропроводности жидкости, то она нарушает симметрию вихревых токов и между 0 электродами (даже при отсутствии расхода ) по вл етс  сигнал, который при электромагнитном способе измерени   вл етс  сигналом помехи, а его фаза сдвинута относительно магнитного пол 

л

на угол р .квадратурна  составл юща  выходного сигнала электромагнитного расходомера). Очевидно, что вклад, вносимый инородной частицей в сигнал помехи, определ етс  геометрическими размерами частицы, ее электропроводностью, а также ее местоположением относительно электричесI кой нейтрали. Это учитываетс  весовой функцией V/, а точнее ее производной

5 вдоль оси Z (фиг.З и 4).

Вид кривой, отображающей характер изменени  производной вдоль оси Z, объ сн етс  следующим образом.

Когда частица 15 расположена дале0 от электрической нейтрали, например левее (фиг,2), где вихревые токи малы, сигнал помехи между электродами незначителен. По мере приближени  частицы к линии электрической нейтра , ли 14, где вихревые токи более значительны , сигнал помехи возрастает, достигает своего максимального значени , а затем уменьшаетс  до нул  на линии электрической нейтрали 14,Далее , при удалении от электрической нейтрали 14, сигнал помехи снова возрастает , однако его фаза измен етс  на 180,а затем, при некотором удалении , амплитуда сигнала помехи спадает до нул ,

5 Максимальное значение сигнала помехи достигаетс  в точках Ли В, соответствующих максимальному значению производной весовой функции (фиг,4). В свою очередь точки А и В соответствуют точкам а и а, (фиг, 2), вл ющимис  точками пересечени  частицей некоторых воображаемых поверхностей , им( во всех электромагнитных преооразовател х расхода. Эти

5 поверхности обладают тем отличительным свойством, что все точки, распо ложенные на этих поверхност х, имею максимальное значение Сечени  этих поверхностей изображены на фиг.2 под номерами 16 и 17, причем лини  16 пересечени  (след) соответствует положительному значению производной (+) , а лини  17 пересечени  - отрицательному Рассто ние между лини ми 16 и 17 пересечени  воображаемой поверхности с плоскостью сечени  определ етс  только геометрической формой канала и конструкцией электродов и дл  каждого типа электромагнитного преобразовател   вл етс  величиной посто нной. Поэтому при пересечении частицей поверхностей, соответствующих Ivjl ° max, получаютс  всплески сигналов помехи, причем эти всплески сдвинуты по фазе относительно др друга на 180, так как поверхность, сечение которой изображено на фиг.2 под номером 16 соответствует су плах, а поверхность, сечение ко торой изображено под номером 17,соответствует 4у max. Если сигнал, снимаемый с электро дов электромагнитного преобразовате л  пропустить через демодул тор, oпopны 1 напр жением которого  вл ет с  напр жение, сдвинутое по фазе относительно ичдукции магнитного пол  на 90°, то на выходе демодул тора по витс  посто нное напр жение величина и пол рность которого опре дел етс  положением движущейс  частицы 15 относительно электрической нейтрали 14. Сопоставление фиг. 2-7 показыа также вает, что производна  величина сигнала помехи и выходное напр жение демодул тора Ug«M достигает своего максимального значени  точках,  вл ющихс  точками пересечени  двих ущейс  частицы 15 с воображаемьлми поверхност ми, сечени  которых изображены на фиг.2 под номерами 16 и 17. Причем знак произ водной , а также пол рность сигна ла помехи и пол рность выходного напр жени  демодул тора измен етс  с + на -, когда частица Пересекает линию электрической нейтрали 14. Поэтому, если частица начнет перемещатьс  вместе с потоком жидкости , то она будет занимать р д положений , соответствующих точкам . (Лиг.2), а период времени между положи тел bHHTviH и отрицательными всплесками сигнала помехи будет определ тьс  только скоростью движени  частицы, так как рассто ние между следами 16 и 17 воображаемой поверхности посто нно дл  каждого типа электромагнитного преобразовател . Чем быстрее будет двигатьс  частица, тем меньше будет врем , за которое движуща с  частица пройдет посто нное рассто ние между следами 16 и 17 воображаемых повегйсностей, имеющихс  в трубопроводе и соответствующих I ах, и тем меньше период времени между компонентами положительной и отрицательной пол рности (фиг. 8 и 9), поступающими на первый и второй входы статистического коррел тора; Этот период времени в изобретении и  вл етс  мерой расхода. Устройство работает следующим образом . При движении по трубопроводу потока .электропроводной жидкости, содержащей множество инородных включений (пузырьков воздуха и газа, твердых частиц и т.д.), на токосъемных электродах 2 индуцируетс  сигнал, обусловленный взаимодействием потока электропроводной жидкости с магнитным полем, создаваемым индуктором 3 возбуждени  магнитного пол . Этот сигнал, включающий в себ  квадратурную и синфазные составл ю1цие, усиливаетс : усилителем 4 переменного тока, после чего подаетс  на вход блока 5 фазочувствительного демодул тора , который пропускает только квадратурную составл ющую (синфазна  составл юща  подавл етс  благодар  фазовой чувствительности блока 5 демодул тора). Далее выходной сигнал блока демодул тора с помощью включенного в пр мом направлении диода между выходом демодул тора и первым входом статистического коррел тора и диода, включенного .в обратном направлении между выходом демодул тора и вторым входом статистического коррел тора, раздел етс  на компоненты, положительной и отрицательной пол рности. Компонента положительной пол рности поступает на первое входное устройство 8 статистического коррел тора , а компонента отрицательной пол рности - на второе входное устройство 9 статистического коррел тора . С выхода первого входного устройства 8 сигнал поступает непосредственно на вход блока 11 коррел тора, а с выхода второго входного устройства 9 - на вход блока 11 коррел тора через блок 10 регулируемой задержки. Блок 11 коррел тора определ ет коррел ционную функцию двух поло5них сигналов, сдвинутых между собой во времени. Согласование во времени поступающих на блок 11 коррел тора сигналов, соответствующих максимуму коррел ционной функции, производитс  экстремальным регул тором 12, управл кхчим блоком 10 регулируемой задержки .

Мерой расхода служит величина, обратна  времени запаздывани , полученна  при максимальной функции коррел ции компонент положительной и отрицательной пол рности квадратурно составл ющей выходного сигнала электромагнитного расходомера.

Измерение расхода предлагаемым способом позвол ет существенно повысить точность измерени , так как амплитудное значение квадратурной составл ющей выходного сигнала электромагнитного расходомера, а следовательно , и его компонент положительной и отрицательной пол рности/ обычно на несколько пор дков вьпие ампли- тудйых значений сигналов помех, образованных местньоии турбулизаци ми потока. Это обсто тельство практически полностью исключает вли ние на квадратурную составл ющую сигналов пульсаций, вызванных шероховатостью стенок трубопровода.

Использование же в качестве датчика электромагнитного расходомера позвол ет применить этот способ дл  измерени  быстромен иичихс  и пульсирующих расходов, так как электромагнитные расходомеры практически безынерционны.

Claims (2)

1.Коррел ционный способ измерени  расхода электропроводных .жидкостей и двухфазных сред, заключающийс  в измерении времени запаздывани  по максимуму коррел ционной функ-ции двух сигналов, несущих информа- , цию о расходе в двух сечени х трубопровода , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в качестве сигналов используют компоненты положительной и отрицательной пол рности квадратурной составл ющей выходного сигнала одного электромагнитного преобразовател  расхода.

2.Устройство дл  осуществлени  способа по п.1, содержащее электромагнитный преобразователь расхода, Вшолненный в виде трубопровода с

0 двум  электродами,магнитную систему переменного тока, усилитель, демодул тор и статистический коррел тор, отличающеес  .тем, что .между выходом демодул тора и первым входом статистического коррел тора включен диод в пр мом направлении, а между выходом демодул тора и вторым входом статистического коррел тора включен диод в обратном направлении .. .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, л., Машиностроение , 1975, .с. 648-650.

2. Патент США 3967500, кл. 73-194, 1976.

Выход

ipat.f

/J 7ff

13 1

/7 / / /

f.

ff г . /////////Ш /////// /////7//7////К/// //7/////7// fput.

(put.f

Of QZ РЗ Oif as ctf Qj

t

(риг. 8

%,

(Риг. 9