Электромагнитный расходомер

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 28.02,81, Бюллетень М 8 Дата опубликования описания 07. 03. 81(72) Автор изобретения И. П. Квасневский Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН Латвийской ССР(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОЫЕР Изобретение относится к измерению 1 расхода электропроводящих сред бесконтактным способом.Известны электромагнитные расходомеры, содержащие индуктор пульсирую 5 щего поля и приемный индуктор с одной группой катушек 11.Известны также измерители скорости жидкого металла, содержащие намагничивающий индуктор пульсирующего магнитного поля и приемный индуктор с двумя группами катушек, одна из которых устанавливается в максимуме поля возбуждения, другая - в местах нулевого значения этого поля (.23. 15 Катушки, устанавливаемые в максимумах поля возбуждения, подключа:отся к схеме компенсации. трансформаторной помехи, далее к измерительному усилителю вихревого сигнала и схеме 20 отношений, Катушки в местах нулевого значения поля подключаются к измерительному усилителю скоростного сигнала и далее к схеме отношений. О величине расхода судят по отношению "коростного и вихревого сигнала.Недостатком известных измерителей является требование полной идентичности как электрических параметров обеих групп катушек (количество 30 витков, их размер и т,д.), так иих магнитных цепей, Практическиэти условия невыполнимы, в связи счем известные измерители требуютиндивидуальной градуировки, причем,поскольку параметры магнитных цепей зависят от величины зазора, тои градуировка должна вестись дляконкретного зазора. Изменение жезазора при переустановках датчикас градуировочного стенда на рабочий, либо при изменениях температурыприведет к дополнительной погрешности измерений,Второй недостаток известных измерителей связан с требованием, -идентичности двух трактов усиленияи обработки сигнала - вихревогои скоростного. Их неидентичность и неидентичное изменение при, прогревеприбора приводит также к дополнительной погрешности измерений.Кроме того, дополнительная погрешность измерений может быть вызвана возможными изменениями сигналав катушке, расположенной в точке максимума поля (например, из-за нагрева датчика) или сигнала компенсации. Проконтролировать и устранитьэти изменения в известных измерите 808852лях можно только в случае опорожнения канала измерителя, что во многихреальных установках недопустимо.Цель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигаетсятем, что у электромагнитного расходомера, содержащего индуктор пульсирующего магнитного поля, источникпитания, индикаторную катушку и измерительную схему, содержащую блоккомпенсации, соединяемый с индикаторной катушкой, индикаторная катушкаустановлена на индукторе на расстоянии отдо 4 полюсного деленияиндуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерительную схему введены Фазовращатель,фазовый детектор, переключатель иквадратурный блок, причем один входфазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, апереключатель соединяет фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом фазового детектора непосредственно или черезквадратурный блок.На чертеже изображена схема рас-,ходомера.Электромагнитный расходомер содержит индуктор 1, который имеет синусоидально распределенную обмотку 2,получающую питание от источника 3,плосколинейным и в этом случае обычно применяются два индуктора, устанавливаемые один напротив другого),Проводящая среда 4 расположена в зазоре инцуктора 1. Индукторная катушка 5 расположена на. индукторе нарасстоянии Й - /8 (где- полюсное деление индуктора)от точки снулевым значением индукции и подключена к блоку 6 компенсации. Входопорного напряжения блока б компенсации соединен с источником 3 питанияа выход блока б компенсациисоединен с входом Фазового детектора7, подключенного к выходному прибору 8. Вход опорного напряжения фазового детектора 7 соединен с источником 3 питания через Фазовращатель9, переключатель 10 и квадратурный блок 11.Расходомер работает следующим образом.При включении расходомера в зазоре индуктора (имеется в виду зазорв цилиндрическом индукторе, либо зазор между двумя плоско-линейнымииндукторами,) возникает пульсирующеемагнитное поле, являющееся суперпоэицией двух встречно-бегущих с одинаковой скоростью полей распределение индукции и В показано над индук-,тором 1) В индикаторной катушке 5,расположенной на расстоянии ф/4-п 8(далее для определенности рассматри,вается расстояние /6), встречно-бегущие компоненты суммируются под углом ( 1 -4),т.е. наведенная в1 Г Х, Гней ЭДС равна 1/2 от ЭДС котораябыла бы наведена в той же катушке,если бы она была размещена в точкемаксимума индукции (на расстоянии"/2 от места с нулевым значением индукции). Установкой переключателя 10в положение 1, опорное напряжение нафазовый детектор 7 подается от источника 3 питания через фазовращатель9, минуя квадратурный блок 11. Регулировкой фазовращателя 9 опорное напряжение на фазовом детекторе 7 настраивается в квадратуру с прямойЭДС, наведенной в индикаторной ка 15 тушке 5, о чем можно судить по нулевому показанию выходного прибора8. Установкой переключателя 10 вположение 11 в цепь опорного напряжения фазового детектора 7 вводит- Я ся квадратурный блок 11, которыйразворачивает Фазу опорного напряожения на 90 , т.е. опорное напряжение становится синфазным с наведенной прямой ЭДС в индикаторной катушке 5, в результате чего выходной прибор 8 зафиксирует максимальный сигнал. Регулировкой блока б компенсации проводится полная компенсацияпрямой ЭДС, наведенной в катушке5 первичным магнитным полем, в результате чего выходной прибор 8вновь зафиксирует нуль.При введении в зазор проводящейсреды 4 и включении переключателя10 в положение. 1 выходной прибор 8зафиксирует величину, пропорциональную ЭДС, наведенной в индикаторнойкатушке 5 вторичным магнитным полем(поскольку эта ЭДС находится в квадратуре к прямой ЭДС от первичногомагнитного поля). При этом необхо- .димо иметь в виду, что вторичноемагнитное поле, как и первичное, является суперпозицией вторичных магнитных полей встречно-бегущих компонентов, т.е. суммирование этихкомпонент происходит под тем же углом, что и у первичных полей, т.е,в данном случае в место расположения индикаторной катушки под углом( Й - фД) и, следовательно, сигнална выходе фазового детектора 7 будетпропорционален амплитуде одной бегущей компоненты вторичного поля.Если при наличии в зазоре электро"проводящей среды переключатель 10 55 установлен в положение 11, выходнойприбор 8 покажет нулевое значенйе,поскольку появившаяся в индикаторной катушке 5 ЭДС от вторичного полянаходится в квадратуре к опорному щ напряжению разового детектора 7из-за введения в данном положениипереключателя в цепь опорного напряжения квадратурного блока 11Если же проводящая среда 4 начинает двигаться, то величина одной25 ЗО 35 45 нз компонент бегущего магнитногополя будет узеличиваться(той, которая движется навстречу проводящейсреды), а у другой - уменьшаться(той, у которой напряжение движения совпадает с направлением .движения среды). В итоге. на выходномприборе 8 появится сигнал, пропорциональный скорости движения среды4. В случае, когда скорость движения среды будет равна скорости движения, совпадающей с ней по наг.равлению бегущей компоненты поля, тоэтой компоненты вторичное магнитное .поле равно нулю, а у другой компоненты будет равно удвоенной величине,В этом случае сигнал на выходе Фазового,детектора, пропорциональныйЭДС наведенной в индикаторной катушке вторичным магнитным полем, будетпропорционален Ос =2 Ввт,вег ь 1 п (%- /4 )=1,732 Вэт.враг, и соответствует скорости движения среды 2 Ю(т.е. скоростидвижения) бегущей компоненты магнитного поля 1, где Г - полюсное де-ление индуктора, 1 - частота токапитания. Сигнал же, пропорциональныйВ вт,эрг. известен по показанию вторичного прибора в положении 1 переключателя 10.Итак, в положении 1 переключателя10 осуществляется градуирование расходомера, т.е. определение величинысигнала, соответствующего скоростидвижения среды, равной 2 К; в положении 11 - измерение расхода по показаниям вторичного прибора 8.Из описанного принципа ясно, чтопроверку градуировкн можно проводитькак при неподвижной так и движущейРся среде, а контроль нуля (т.е,устранение возможных уходов из-занагрева индуктора или блока компенсации) можно осуществлять как приотсутствии, так и при наличии неподвижной проводящей среды в зазореиндуктора,Размещение индикаторной катушкина расстоянии /4 от точки с нулевой индукцией магнитного поля целесообразно применять при большихрасходах. В этом случае реализуетсяусловие примерного равенства калибровочного сигнала и сигнала расхода.Размещение индикаторной катушкина расстоянии /6 от точки с нулевым значением индукции целесообразноприменять при средних расходах, которые чаще всего встречаются на практике (при этом соотношение калибро-., вочного сигнала и сигнала расхода равно 1 г 1,732 , а на расстоянии /8 от точки с нулевым значением индукции целесообразно применять при малых расходах (при этом соотношение сигналов соответственно 1:2,52).Размещение индикаторной катушки на расстоянии более/4 от точки с нулевым значением индукции приводит к снижению точности, посколькукалибровочный сигнал становится больше сигнала расхода. Применение расстояний менее т/8 практически невозможно реализовать нз-за конечныхразмеров обмотки и зуба индуктора.Кроме того, калибровочный сигнал становится настолько малым, что на точность работы прибора начинают влиятьаппаратурные эффекты. Формула изобретения Электромагнитный расходомер, содержащий нндуктор пульсирующего магнитного поля, источник питания, индикаторуню катушку и измерительную схему, содержащую блок, компенсации, соединенный с индикаторной катушкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, индикаторная катушка установлена на индукторе на расстоянии от 1/8 до 1/4 полюсного деления индуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерительную схему введены Фазовращатель, фазовый детектор переключатель и квадратурный блок, причем один вход фазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, а переключатель соединяет Фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом Фазового детектора непосредственно илн через квадратурный блок. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании,Р 977911, кл. О 1 й, 1964.2. Авторское свидетельство СССР9 286266, кл. С 01 Г 1/58, 1969едак 4/54 илиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. Проектная,аказ 393/42 ,Т ВНИИПИ Государственн по делам иэобретеев ректоНдписное ставитель С.си т 2 .Яраж 713го комитета СССРий и открытийРаущская наб.,инец