Способ измерения расхода электропроводящих сред и устройство для его осуществления

союз соВетскихсоциАлистических О 49 РЕСПУБЛИ 1 Р 1/ ПИСАН АВТОРСКОМУ И Т ИЗОБ ДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМпРи Гкнт сссР(71) Специальное конструкторское бюромагниткой гидродинамики Института физики АН ЛатвССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДАЗЛ ЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СРЕД ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерению расхода электропроводящих сред кондукционными электромагнитными расходомерами, и может быть использовано в химической промышленности, атомной энергетике и научных исследованиях.Цель изобретения - повышение точности,измерения.Способ кондукционного электромагнитного измерения расхода злектропроводящих сред заключается в следующем.Измеряют сигнал от вихревых токов в контролируемой среде путем измерения напряжения на вихревых электродах преобразователя расхода, Одновременно формируют эталонное напряжение, например, на источнике стабильного постоянного напряжения. Амплитудное значение напря(57) Изобретение относится к приборостронию, в частности к расходометрии, и позволяет повысить точность измерения расхода электропроводящих сред. В процессе измерения расхода среды измеряют напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, и напряжение, пропорциональное скорости движения среды. Напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, сравнивают с эталонным напряжением и разность между ними поддерживают равной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя. О расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды. 1 ил,жения сигнала от вихревых токов сравнивают с эталонным напряжением на суммирующем усилителе. Усиленной разностью этих напряжений регулируют(изменяют) величину тока питания таким образом, чтобы данная разность стала равной кулю, Это осуществляется путем введения отрицательной обратной связи по амплитудному значению напряжения сигнала от вихревых электродов в усилительный тракт питания магнитной системы. В результате величина сигнала с вихревых электродов поддерживается постоянной, а следовательно, постоянной остается градуировочная характеристика расходомера. Таким образом, величина вихревого сигнала поддерживается постоянной. О величине расхода при этом судят по величине скоростного сигнала, В условиях высоких и изменяющихсятемператур измеряют сигнал температуры преобразователя температуры путем измерения нап ряжения термопяры, установленнои на канале, заполненном измеряемой средой. Масштабируют т,е, изменяют, )его величину а К раз К - -) на масшЬС Оотабирующем. усилителе, при этом температурное изменение характеристики ЛМОопреобразователя Определяется либо экспериментальным пугем на рясходамерной установке, либо расчетным путем. Промасштабированный сигнал суммирует с этялОнным напряжением, получЗнную сумму напряжений сравнивают с напряжением От вихревых токов на суммируогцем усилителе. Усиленным разностным сигналом Оегулируют изменяют) ток питания магнитной системы преобразователя оасхода таким образом, что разница между суммой масштабированного температурного сигнала с эталонным напряжением и напряжением от вихревых токов поддерживается равной нулю,Таким образом, изменяют.гргдуировочную характеристику расходомеря ня соответствие 88 градуировочной характеристике при данной рабочей температуре.На чертеже изображена Функцио альная схема ус 1 ройства для измерения расхода электропроаадящих сред, которое реализует предлагаемый способ.Устройство состоит из магнитной сис Гамы 1 с катушками 2, в зазоре кОТОрой рЯспо" ложен измерительный канал Э с Осноань,ми электродами 4 Для снятия скоростного сигнала и Доголнительными злектродачи 5 для снятия вихревого сигнала. Ятушки 2 магни гнои системы 1 соеди ненц с усилителем б мощности, ко,"орый, а свою очередь, соединен с выходом 7 цифоо- воГО Г 8 неряторз Я синусоидяльнцх колебаний, Дополнительные электроды,5 измерительного канала 3 соединены с предварительным усилителем вихревого сигнала 9, выход которого спединен с входом 1 О схемы 11 выборки и хранения аналогового сигнала СВХ). Другом вход 12 СВХ 11 соединен с выходом 13 циФрового генератора 8. Выход 14 схемы 11 выборки и хранения соединен с инвертирующим входом 15 суммирующего усилителя 16. Прямой вход 17 суммирующего усилителя 16 соединен с источником 18 стабильного напряжения. Вцход предварительного усилителя 9 вихревого сигналя наряду с соединением с входом 1 О СВХ 11 содинен также с клеммой 19 переключателя 2 О. Основные электроды 5 10 15 2 О 25 ЭО 5 4 соединены с предварительным усилителем 21 скоростного сигнала, выход которого соединен с клеммой 22 переключателя 2 О. Общяя клемма 23 переключателя 20 соединена с входом фазового детектора 24, выход которого через Оегулятор 25 чувствительности соединен с индикатором 26.В устройстве для условий высоких и изменяющихся температур датчик 27 температуры соединен с мясштабирусщим усилителем 28, выход которого соединен с прямым входом 29 суммирующеГО усилителя 6.Способ измерения расхода злектропроводящих сред осуществляют с помощью предлагаемого усройстаа следующим об- ОЯЗОМ,Расходомер а зависимости от положения переключатсля 20 имеет двя режима работы. иэ. 18 рение и калибрОвка,В режима измерения стабильное напряжение источника 18 подается на вход 17 суммирующего усилителя 16, ", силиаается и поступает на управляющий вход цифрового Генератора синусоидальнцх колебаний."инусоидальное напряжениес вцхода 7 поступает на вхоД усилителя 6 мощности, который питает катушки 2 магнитной системы; синусоилЯГ ьнцм током В движушейя измеряемой среде, заполняющей канал 3, и в самом канале, помещенном в переменное маГнитное поле возникя т вихревые токи и токи, пропорциональные скорости измеряемой среды. Вихревые и скоро.,тные токи взаимосвязаны, причем аихоевые токи пропорциональны величине и распределению магнитного поля и не зависят от скорости измеряемой среды, а скоростные токи пропооционяльны аелычв-:8, распределению мягнитнОГО поля и скорости измеряемой среды,Напряжениепропорциональное вихревым токам, снимается с ДОполнкт 8 льных электродо., усилиьается усилителем 9 вихревого сыл ала и постуггает на запоинающий вход 10 СВХ 11,На вход управления 12 СВХ 11 подаются импульсы с выхода 13 цифровоготенератора 8 в моменты прохождения синусоидяльно. о няпряжефдя на входе СВ 1 1 через мяксимум В разул ьтяте ня .выходе 14 СЕХ ",1 будет присутствовать постОянное напряжение, оааное амплитудному значению усиленного вихревого сигналя, Постоянное напряженые с выхода 14 СВХ 11 поступает на инверсный вход 15 суммирующего усилителя 16, который является входом отрицательной обратной связы,Таким Образом, в тракт питания токомОбмоток магнитн ".Й Г".",.темы 1, состояц.;ей.з источника 18 постояъного напряжения, с",ммирующеГО усилителя 16, цифровоГО Ге не,:. тора 8 синусоидального напряжения, ус "ли Геля б мо дности, ззедена Отрицатель:.;-.; Ооратная связь по ус ленному вихрево,:.,;. и, ндпу, включающая предварительный усилитель 9 вихревого сигнала и СВХ 11.Очевидны следующие соотношения для сигналов, участв ющих в работе устройства, поиведенного на схемеО = Кз(Оя - К 1 ОЬо); (1) О; =- Кз(О - К 1 ОЬ )з п йл:, (2) О;=.К 4 О 1; (3) Оь= Оьо ссзвт, (4) где К, . - коэффициент усиления усилителя вхоевого сигнала;3 коэффициент усиления суммирую Ч; оО УСИЛИТЕЛЯ,К 4 - коэф ьициент усиления усилителя мо;цн ОстиО 1 - напряжение на выходе цифрового :,нератора синусоидального напряжения;(5)1-- -+ Кз КК;При л;боковой обратной связи, т,е.У,.,имеем с,. Остаточной точностьюО =в, (6)Поэтому изменение магнитного поля и.-.ГО распределения, вызванного относитель".ы; смещением канала и магнитной систе.;:.:. В;ЛО-,.ИЯХ ПОВ.,ШЕННЫХ И МЕНЯЮЩИХСЯте. . - .".ратур, приводит к изменению тока об.;стзк таким Образом, что величина вихревот сигнала остается постоянной,Следовательно, так как скоростной ивихревой сигналы взаимосвязаны, остаетсянгиэменной градуировочная характеристика расходомера,Скоростной сигнал, снимаемый с злектводов 4, усиливается усилителем 21 и через:.Гзключатель 20 поступает на вход фаэо,о;,з детек:.Ора 24, С фазового детектора: -и:,1 я;:;ние, пропорциональное расходу,ь;рез регулятор чувствительности индика;: л 25 поступает на индикатор 26,Ка индикаторе 26 регистрируется расхпо, О, пропорциональный подаваемому нае:-О .: 1 гналу К 2 Оско С 1 оОогДе Оо - калибРовочное число РасхоДОмеРа;Оско - амплитудное значение напряже ния скОростноГО сиГнала;К 2 - коэффициент усиления усилителяскоростного сигнала.В режим калибровки расходомер переводится пер ключателем 20. При этом замы каются. контакты 19 и 23.Под калибровочным числом расходомера для данной температуры измеряемой среды подразумевается постоянная величина, индуцируемая инди. втором в режиме 15 калибровки, при которой расходомер в режим измерения измеряет расход в натуОал.ных единицах (л/с, мс, кг/с).Калибровочные числа расходомера рассчитываются или определяются зксперимен тально на градуировочном стенде для рядарабочих температур измеряемой среды.Вихревой сигнал от усилителя 9 вихревогосигнала поступает на фазовый детектор 24 и через регулятор 25 чувствительности ин дикатора подается на индикатор 26, на котором и контролируется калибровочное число, В случае изменения температуры измеряемой среды при помощи регулятора 25 чувствительности устанавливается соответст вующее данной температуре калибровочноечисло на индикаторе 26.Способ измерения расхода злектропроводящих сред по п.2. формулы изобретения осуществляется следующим Образом: .35 В режиме измерения сигнал От датчика27 температуры псступает на масштабирующий усилитель 28, усиленное напряжение от датчика 27 темпеоатуры суммируется с напряжением стабильного источника 18 на пряжения. Очевидны следующие соотношения для сигналов, участвующих в работе устройства:11= ВЗ(Оо+ К 7 Т- К 1 О; (7)О 1 = Кз(Оо + К УТ - К 1 Оь )зп 1 (8) 45 где К - коэффициент усиления масштабирующего усилителя;у - чувствительность термопары;Т - температура измеряемой среды; Оь = К 4 О 1, (9) Оь = Оьосоз ю (10) Подставляя в (9) выражения (8) и (10),получимК" К 4 К 1 Оь, - К (О.+ Кут). 55 При глубоковй отрицательной обратной связи(К 11; Кз К 4 1) с достаточной точностью К 1 Оьо = Оо+ К уТ, т.е. усиленное вихревое напряжение будет равно сумме эталонного напряжения с усиленным напряПри коэффициентующега усилителяО,ЛСу,Тиления масштабиасхад К 2 Оскоорегистрируемый расхадомерам во всем диапазоне температур ЬТ не зависит ат температуры,В режиме калиаровки осуществляется контроль соответствия калибравачна о числа на индикаторе 26 калибровочному числу расходомера, раесчитаннОму или Определенному из эксперимента для рабочей температуры измеряемой среды. В случае несоответствия калибровочное число восстанавливается гри помощи регулятора 25 . чувствительности индикатора.Таким образом, предлагаемый способ лзмерения расхсда электрапровадящих сред и устройство для ега осуществления позволяют повысить точность измере ия за счет исключения погрешностей, вызванных изменениями величины "концевых эффектов" в процессе эксплуатации; изменениями градуировочной характеристики при. изменении температуры; нелинейнастью схем преобразования сигналов. ула из 1. Способ измерения расхода электро- проводящих сред, заключающийся в измерении напряжения, пропорционального скорости движения среды, и напряжения, пропорционального вихревым токам в среде, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чта, с целью повышения точности измерений, напряжение, пропорциональное вихревым такам в жением от термопары. Следовательно, градуировочная характеристика расходомера будет меняться линейно в зависимости От температуры,Расчетом или на градуиравочном стенде можно определить изменение калибровочного числа расходомера ЬО = О 1- Оо для конечных температур рабочего диапазона Т 1 и То. Полагая, что градуировочная характеристика в диапазоне температур Ь Т -- =Т 1 - То МЕНЯЕТСЯ ЛИНЕЙНО, КаЛИбРОВОЧНОЕ число ОоЯ = Оо 1 + ЛОТ - ТОо ТНа индикаторе 28 регистрируется расходК 2 0 скоо. +к;(Т,)ЛОТ Т ) среде, сравнивают с эталонным напряжением и разницу между ними поддерживаютравной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя,5 а о расходе судят по величине напряжения,пропорционального скорости движения измеряемой среды,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измеЗО рений в условиях высоких и изменяющихсятемператур, измеряют температуру среды,преооразуют ее в напряжение, суммируотега с эталонным напряжением и сравнивают с напряжением, пропорциональным вих 15 ревым токам в среде, а разницу напряженийподдерживают равной нула путем регулирования така питания магнитной системы,при этом коэффициент преобразования Кудовлетворяет соотношению К = ЛИгде ЬИГарактеристи а. тур;Оо - эталонное напряжение;ЛТ - диапазон рабочих температуо;у - чувствительность измерителя та - пературы.УС 1 РпГЯО тЛЯ И "МЕ-ЕНИЯ Р 1%г Га электроправадящих сред, содеажащее измерительный канал с устанавленнымл 1 а НЕМ ОСНОВНыи И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТ- родами, магнит ную систему с катушками, . подключенными к выходу усилителя мощности, входам подключенного к генератору, предварительные усили 1 елл соатввтс. венно сораснх и вихревых сигналов, подключенные к Основным и дополнительным электродам, переключатель, фазовый дете,- тар, регулятор чувствительности и индикаар, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности лзмерения, в нега введены истсчник стабильнага напряжения, суммирую";,Я усилитель и ",хема выборки и хранения, генератор выполнен цифровым, причем выход предварительного усилителя скоростного сигнала подключен к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходам предварительнога усилителя вихревого сигнала и входом схемы выборки-хранения, второй вход которой соединен: вторым выходам генератора, а выход,подключен к инверсному входу суммирующего усилителя, прямой вход которога подключен к выходу источника стабильного напряжения, выход переключателя через последовательно соединенные фазовый детектор и регулятор чувствительности подключен к индикатаоу,Составитель В. Ярычедактор Е. Копча Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова Заказ 1512 Тираж 430 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л, Гагарина, 10 4. Устройство по п,3, о т л и ч а ю щ е ес я т ем, что, с целью повышения точности измерения в условиях высоких и изменяющихся температур, в него введены датчик температуры, установленный в измерительном канале, и масштабирующий усилитель, входом подклю енный к датчику температуры, а выходом - к втор.)му прямому входу суммирующего усили теля,