SU932239A1

SU932239A1 - Electromagnetic flow meter with frequency output

Info

Publication number: SU932239A1
Application number: SU792860799A
Authority: SU
Inventors: Иозапас-Арвидас Адомо Вирбалис
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им. Антанаса Снечкуса
Priority date: 1979-12-29
Filing date: 1979-12-29
Publication date: 1982-05-30

Description

II

Изобретение относитс к .измерению расхода и количества жидкостей элект ромагнитным методом и может примен тьс преимущественно дл создани цифровых электромагнитных расходомеров или аналого-цифровых преобразователей расхода.The invention relates to the measurement of the flow rate and the amount of liquids by an electromagnetic method and can be used primarily to create digital electromagnetic flow meters or analog-to-digital flow meters.

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенсационной схемой преобразовани сигнала Q в частоту, содержащие два канала преобразовател , в каждом из которых имеютс фазовые детекторы, преобразователи напр жение-частота и частота-напр жение с соответствующими фильтра- ,jElectromagnetic flowmeters with a frequency output with a compensation Q-to-frequency signal conversion circuit are known, containing two converter channels, each of which contains phase detectors, voltage-frequency converters and frequency-voltage converters with appropriate filter-, j

ми ГПОднако схемы taкиx расходомеров сложны. Они возбуждаютс промышленной частотой поэтому дл возбуждени требуетс значительна мощность. JQ При промышленной частоте имеетс довольно значительна трансформаторна помеха, дл подавлени которой необходим дополнительный канал.MI GPOdnakno schemes taqi flowmeters are complex. They are excited by an industrial frequency, therefore, a high power is required for the excitation. JQ At an industrial frequency, there is a rather significant transformer disturbance, which requires an additional channel to suppress.

Существуют электромагнитные расходомеры , в которых частота возбуждени равна выходной частоте. При значительно меньшей частоте возбуждени , чем промышленна , это дает существенный выигрыш в потребл емой мощности. Трансформаторна помеха при этом получаетс ничтожной.There are electromagnetic flowmeters in which the excitation frequency is equal to the output frequency. With a significantly lower excitation frequency than industrial, this gives a significant gain in power consumption. The transformer interference is thus negligible.

Наиболее экономичным из таких расходомеров вл етс электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждени магнитного пол , генератор тока треугольной формы, устройство управлени генератором , резистор, два сравнивающих устройства, выходы которых подлючены к входу устройства управлени генератором t2l.The most economical of such flow meters is an electromagnetic flow meter with a frequency output containing a sensor, a sensor signal amplifier, a magnetic field excitation winding, a triangular current generator, a generator control device, a resistor, two comparing devices whose outputs are connected to the generator control t2l input.

Основными недостатками такого расходомера вл ютс узкий диапазон расходов, в котором выходна частота расходомера линейно зависит от измер .емого расхода и измерение производит3 У с с минимальной погрешностью. Так, если такой электромагнитный расходомер рассчитан на некоторый минимальный расход Q три измерении которого погрешность измерени не бу дет превышать заданной величины, то отношение максимального и минимальuvnax ноге расхода в диапазоне которых выходна частота линейно зав сит от расхода, обычно не превышает 3-. При дальнейшем увеличении этого отношени возникает нелинейность характеристики еых f(Q) а также начинает резко возрастать погрешность измерени . Это св зано с тем, что со значительным ростом измер емого расхода существенно уменьшаетс амплитуда индукции магнитноГо пол , а тем самым, и тока возбуждени . При этом резко возрастают погрешности изза инерционности переключени направлени изменени магнитного пол и из-за действи различных помех. Цель изобретени - увеличение линейности и точности измерени в широком диапазоне измер емых расходов. Указанна цель достигаетс тем, что электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждени магнитного пол , генератор тока треугольной формы, два срав нивающих устройства, устройство управлени генератором и резистор, при чем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, первый ко .нец обмотки возбуждени магнитного пол .подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резисто ра подсоединен к общей точке расходомера , а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управлени генератором подсоединены к управ л ющему входу генератора тока треугольной формы, дополнительно снабже дополнительной схемой управлени , ге нератор тока треугольной формы выпол нен в виде последовательно включенных управл емого делител напр жени , интегратора и усилител мощности, причем второй конец обмотки возбуждени магнитного пол через дополнител ную схему управлени соединен с первым управл ющим входом управл емого делител напр жени ,второй вход кото рого соединен с устройством управлени генератором,-а выход управл емого делител напр жени соединен с пер вым сравнивающим устройством. На чертеже представлена структурна схема расходомера. Расходомер состоит из датчика 1, электроды которого подключены к усилителю .2 сигнала датчика, а выход последнего подключен к входу первого сравнивающего устройства 3- Выход его подведен к устройству k управлени генератором, подключенного своим выходом к управл емому делителю 5 напр жени . Выход последнего подключен к интегратору 6 и к входу первого сравнивающего устройства 3. Управл емый делитель 5 напр жени вместе с интегратором 6 и подключенным к его выходу усилителем 7 мощности составл ют генератор 8 тока треугольной формы . К выходу усилител мощности 7 подключен один вывод обмотки 9 возбуждени магнитного пол , составл ющей вместе с магнитопроводом 10 формирователь И магнитного пол . Между другим выводом обмотки 9 возбуждени магнитного пол и общей точкой устройства включен резистор 12. К точке соединени обмотки 9 и резистора 12 под ,соединены второе сравнивающее устроЙ7 ство 13, выход которого подключен к устройству 4 управлени -генератора, и дополнительна схема 1 управлени , своим выходом подключенна к управл емому делителю 5 напр жени . - Устройство работает следующим образом ., В момент его включени начинаетс измерительный полупериод: на выходе устройства управлени генератора по вл етс отрицательное напр жение - OQ, поступающее на вход упр вл емого делител 5 напр жени . С его выхода часть напр жени -aUg, где коэффициент делени , поступает на вход интегратора 6. На его выходе напр жение U- начинает линейп- 0 , вырастать: б посто нна времени интегратора 6. На выходе усилител мощности 7 по вл етс пропорциональный этому напр жению .ток CiUoKptКо i,.c.UoK,t, где к.г гсопЫ:-, Кр - коэффициент преобразовани усилител мощности 7. Этот ток протекает в обмотке 9 формировател 11 магнитного пол , возбужда магнитное поле такой же формы. Скорость изменени индукции магнитного пол BQ пропорциональна скорости изменени тока и-. где С const. Сигнал на электродах датчика 1, а также на выходе усилител сигнала дат.чика 2 тоже линейно растет по абсолютной величине. Абсолютную величину сигнала на выходе усилител 2 можно выразить как , где Кп коэффициент усилени усили , d - рассто ние между электродами , .. V - скорость потока жидкости. Если подставить значение BQ , то получим Kodc-aUpK V-t. Абсолютна величина напр жени , поступающе на первое сравнивающее устройство 3 с управл емого делител напр жени 5 равна aUo, вл етс опорным уровнем В момент равенства 1 aUg сравниваю щее устройство 3 срабатывает, воздей ству на устройство 7 управлени и переключа его. Начинаетс обратный ,,„I полупериод. На выходе устройства Ч у равлени по вл етс напр жение W-, гО на выходе делител 5 напр жеГ ние + aUo , напр жениена выходе интегратора 6 начинает линейно убывать Убывает также ток i1- , а вместе с ним и падение напр жени резис торе 12, которое равно К (jK-jV t. В момент равенства О срабатывает второе сравнивающее устройство 13 которое воздействует на устройство 4 управлени переключа вновь ее в измерительный полупериод. Проболжительность измерительного полупериода можно выразить из равенства 1 aUg следующим образом: K -dC-K, . Напр жение на резисторе 12 равно Я-С1Оо , U,l R0 oЧ м к;;;Эc ... Продолжительность одного периода колебани тока равно где А consi, -d-CK;j при этом выходна частота - :-AV I I Пусть линейное преобразование расхода, а тем самым, скорость потока V в частоту f производитс с минимальной погрешностью в некотором диапазоне токов возбуждени магнитного пол , при значени х которых про ««ДИ срабатывание первого сравниБающего устройства 3 , i тгпаУ Это соответствует оптимальному диапазону напр жений на резисторе PlLnn -- (.. Если скорость потока изменитс настолько, что Ц(цокажетс за пределами оптимального диапазона, то по витс нелинейность, а также вырастет погрешность преобразовани . Чтобы этого не произошло,. введена дополнительна схема 1 управлени . Если в каком-то из периодов 4. u-fautrjin / Jiaumclx она срабатывает, воздейству на управл ющий вход делител напр жени . Т коэффициент а измен етс , i- lUmin ° коэффициент а вырастает в п раз. При этом, соответственно, в п раз возрастает CKOpaqTb изменени тока возбужде . СЗ-1Л ..-X и опорный уровень срабаты -с вани первого сравнивающего устоойст„ , ./ ., а щс. yi.iMUMui ва 3. Коэффициент преобразовани А -,--,. м fскорости потока V в частоту при j ( этом остаетс неизменным, но ток воз ., 1игч Ц а тем самым, и напр жение , , при которых происходит срабатывание первого сравнивающего устройства 3 возрастают в п раз. Чтобы схема такого расходомера работала стабильно, должно соблюдатьс неравенство 10.ишс« imcw Если в каком-то периоде окажетс что ( о а уменьшаетс в п раз. Тогда при неизменном коэффициенте преобразовани А напр ение ЦоО °к 5 7 Р которых происходит срабатывание первого сравнивающего устройства 3.. уменьшаетс п раз. Таких переключений коэффициента делени а может быть произведено столько, сколько имеетс ступеней в управл емом делителе 5 напр жени . Если достигнуто а - А.и оказываетс , что в каком-то периоде то дальнейшее переключение не производитс . Переключение не производитс и в том елечае, если достигну о а (И при этом оказываетс , что Электромагнитный расходомер с час тотным выходом позвол ет значительно увеличть диапазон линейного преобразовани скоростей потоков в частоту f,производимого с минимальной погрешностью. Так пусть при отсутствии дополнительной схемы управлени оптимальный диапазон скоростей потока , соответствующий оптимальному пазону ( (j , будет тах min Тогда при одном изменении выходного напр жени управ л емого делител напр жени в п раз диапазон скоростей потока соответствующий тому же диапазону l lUtn - IUmcty увеличитс в г раз. Если же таких изменений будет произведено I, то диапазон скоростей потока V. увеличитс в п-1 раз. В том случае, когда отно lau vnttx не менее 1U tnin Ц, достаточно 2-3 переключений управ л емого делител напр жени , чтобы обеспечить J2r:L . формула изобретени Электромагнитный расходомер с час тотным выходом, содержащий датчик. усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждени магнитного пол , генератор тока треугольной формы, два сравнивающих устройства, устройство уп- . равлени генератором и резистор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, первый конец обмотки возбуждени магнитного пол подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера , а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управлени генератором подсоединены к управл ющему входу генератора тока треугольной формы, отличающийс тем, что, с целью увеличени диней ности и точности измерени , он снабжен дополнительной схемой управлени , генератор тока треугольной формы выг полнен в виде последовательно включенных управл емого делител напр жени , интегратора и усилител мощности , причем второй конец обмотки возбуждени магнитного пол через дополнительную схему управлени соеди-. нен с первым управл ющим входом управл емого делител напр жени , второй вход которого соединен с устройством управлени генератором, а выход управл емого делител напр жени соединен с первым сравнивающим устройством . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3260109, кл. 73-19 ЕМ, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 F 1/58, 197 (прототип).The main disadvantages of such a flow meter are a narrow flow range, in which the output frequency of the flow meter linearly depends on the measured flow rate and the measurement produces 3 U c with a minimum error. So, if such an electromagnetic flow meter is designed for a certain minimum flow rate Q three measurements whose measurement error will not exceed a predetermined value, then the ratio of maximum and minimum flow rates in the range of which the output frequency linearly depends on the flow rate does not usually exceed 3-. With a further increase in this ratio, the nonlinearity of the characteristic e (f) (Q) arises, and the measurement error also begins to increase sharply. This is due to the fact that with a significant increase in the measured flow rate, the induction amplitude of the magnetic field, and thus the excitation current, is significantly reduced. In this case, the errors due to the inertia of the switching of the direction of the change of the magnetic field and due to the effect of various noises sharply increase. The purpose of the invention is to increase the linearity and accuracy of measurement in a wide range of measurable flow rates. This goal is achieved by the fact that an electromagnetic flow meter with a frequency output, containing a sensor, a sensor signal amplifier, a magnetic field excitation winding, a triangular current generator, two comparison devices, a generator control device and a resistor, the sensor being connected to the first through the sensor signal amplifier the comparison device, the first end of the magnetic field excitation winding is connected to the output of the triangular current generator, its second end is connected to the first end of the resistor and the input of the second comparing device, the second end of the resistor is connected to the common point of the flow meter, and the outputs of both comparing devices through the generator control device are connected to the control input of the triangular current generator, additionally equipped with an additional control circuit, the triangular current generator is in the form of a series-connected controlled voltage divider, integrator and power amplifier, the second end of the excitation winding of the magnetic field through an additional circuit The control is connected to the first control input of the controlled voltage divider, the second input of which is connected to the generator control device, and the output of the controlled voltage divider is connected to the first comparator device. The drawing shows a flowchart of the flow meter. The flow meter consists of a sensor 1, the electrodes of which are connected to the amplifier .2 of the sensor signal, and the output of the latter is connected to the input of the first comparing device 3- Its output is connected to the generator control device k, connected by its output to a controlled voltage divider 5. The output of the latter is connected to the integrator 6 and to the input of the first comparator device 3. The controlled voltage divider 5 together with the integrator 6 and the power amplifier 7 connected to its output comprise a triangular current generator 8. One output of a magnetic field excitation winding 9, which, together with the magnetic core 10, driver AND magnetic field, is connected to the output of the power amplifier 7. Between the other output of the magnetic field excitation winding 9 and the common point of the device, a resistor 12 is connected. To the connection point of the winding 9 and resistor 12 under, a second comparison device 13 is connected, the output of which is connected to the generator control device 4, and an additional control circuit 1, the output is connected to a controlled voltage divider 5. - The device operates as follows. At the moment of its switching on, the measuring half-period begins: a negative voltage appears at the output of the generator control device - OQ, coming to the input of the controlled voltage divider 5. From its output, the portion of the –aUg voltage, where the division factor is fed to the input of the integrator 6. At its output, the voltage U- starts to linear, 0, grows: the integrator 6 time constant 6. At the output of the power amplifier 7 appears proportional to this to the current. CiUoKptKo i, .c.UoK, t, where the gsopy are: -, Kp is the conversion coefficient of the power amplifier 7. This current flows in the winding 9 of the magnetic field 11 of the magnetic field, exciting a magnetic field of the same shape. The rate of change of the magnetic field induction BQ is proportional to the rate of change of current and -. where With const. The signal at the electrodes of the sensor 1, as well as at the output of the amplifier signal of the sensor 2 also grows linearly in absolute value. The absolute value of the signal at the output of amplifier 2 can be expressed as, where Kp is the amplification factor of the force, d is the distance between the electrodes, .. V is the flow rate of the liquid. If we substitute the value of BQ, then we get Kodc-aUpK V-t. The absolute value of the voltage supplied to the first comparison device 3 from the controlled voltage divider 5 is equal to aUo, is the reference level. At the moment of equality of 1 aUg, the comparison device 3 is triggered by acting on the control device 7 and switching it. The reverse begins, i. At the output of the device W, the voltage appears W-, rO at the output of the divider 5, the voltage + aUo, the voltage of the output of the integrator 6 starts to decrease linearly. The current i1- decreases as well, and with it the voltage drop of the resistor 12 which is equal to K (jK-jV t. At the moment of equality O, the second comparing device 13 operates, which acts on the control device 4 to switch it again to the measuring half-period. The duration of the measuring half-period can be expressed from the equality 1 aUg as follows: K -dC-K, Resistive voltage torus 12 is equal to I-C1Oo, U, l R0 oCh m ;;; Ec ... Duration of one period of current oscillation is where A is consi, -d-CK; j with output frequency -: -AV II Let linear flow conversion and, therefore, the flow rate V to the frequency f is produced with a minimum error in a certain range of excitation currents of the magnetic field, at values of which the IQ trips the first comparative device 3, i This equals the optimal voltage range on the PlLnn resistor - (.. if the flow rate changes so much that C (it is estimated for Roedel optimal range, the non-linearity of Wits and increase conversion error. To prevent this from happening ,. introduced additional control circuit 1. If in one of the 4. u-fautrjin / Jiaumclx periods it works, I will act on the control input of the voltage divider. T coefficient a changes, i-lUmin ° coefficient a increases n times. At the same time, accordingly, CKOpaqTb of current variation in the excitation increases by n times. SZ-1L ..- X and the reference level of srabaty - with the vanities of the first comparing the resistance “, ./., And schs. yi.iMUMui va 3. Conversion factor A -, - ,. m of the flow rate V to frequency at j (this remains unchanged, but the current is potential, 1g C and thus the voltage, at which the first comparing device 3 triggers, increases n times. For this flowmeter to work stably, Observe the inequality 10.ish "imcw If in some period it turns out that (a decreases by n times. Then, with a constant conversion factor A, the voltage of CoO ° to 5 7 P) which triggers the first comparison device 3 .. decreases n times. Such switchings It can be done as many as there are steps in the controllable voltage divider 5. If a is reached - A. And it turns out that in some period, then no further switching is made. aa (And it turns out that the Electromagnetic Flowmeter with a frequency output allows to significantly increase the range of linear conversion of the flow velocities to the frequency f, produced with minimal error. So let, in the absence of an additional control scheme, the optimal flow rate range corresponding to the optimum phase ((j, will be min min. Then, with one change of the output voltage of the controlled voltage divider, n times the flow velocity range corresponding to the same range l lUtn - IUmcty will increase If such changes are made, then the range of flow rates V. will increase by n -1 times. In the case when the ratio is not less than 1U tnin C, 2-3 switches of the controlled voltage divider are enough so that We provide J2r: L. formula of the invention Electromagnetic flow meter with a frequency output, containing a sensor sensor signal amplifier, a magnetic field excitation winding, a triangular-shaped current generator, two comparison devices, a generator control device and a resistor, the sensor through the signal amplifier the sensor is connected to the input of the first comparing device, the first end of the magnetic field excitation winding is connected to the output of the triangular current generator, its second end is connected to the first end of the cutting The second end of the resistor is connected to the common point of the flow meter, and the outputs of both comparison devices are connected via a generator control device to the control input of a triangular-shaped current generator, characterized in that, in order to increase the linearity and accuracy of measurement, it equipped with an additional control circuit, the triangular current generator is implemented as a series-connected controlled voltage divider, integrator and power amplifier, moreover in The second end of the excitation winding of the magnetic field is through an additional connection control circuit. It is connected to the first control input of the controlled voltage divider, the second input of which is connected to the generator control device, and the output of the controlled voltage divider is connected to the first comparison device. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 3260109, cl. 73-19 ЕМ, 1966. 2. USSR author's certificate No., cl. G 01 F 1/58, 197 (prototype).

Claims

An electromagnetic flowmeter with a frequency output comprising a sensor,

932239 8 sensor signal amplifier, magnetic field excitation winding, triangular-shaped current generator, two comparing devices, control unit. control by a generator and a resistor, the sensor through the amplifier of the sensor signal connected to the input of the first comparison device, the first end of the magnetic field excitation winding connected to the output of the triangular current generator, its second end connected to the first end of the resistor and the input of the second comparative device, the second end of the resistor connected to the common point of the flowmeter, and the outputs of both comparison devices through the generator control device are connected to the control input of the triangular current generator characterized in that, in order to increase the linearity and accuracy of measurement, it is equipped with an additional control circuit, the triangular-shaped current generator is made in the form of a series-controlled controlled voltage divider, integrator and power amplifier, the second end of the magnetic field excitation winding through the additional the control circuit is connected. nen with the first control input of the controlled voltage divider, the second input of which is connected to the generator control device, and the output of the controlled voltage divider is connected to the first comparison device.