Расходомер

(5) Н С В ИДЕТ ЕЛ Ь СТВУ АВТО РС динен ез У А.Е, ПреГНИТН ОГО экспериасхо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗСБ(56) 1. Пряхин А,Е. и Файбышевобразователь сигнала ядерно-марасходомера, - Приборы и техникамента, 1985, М 3, с, 200 - 201.2. Авторское свидетельство СЬ 958860, кл. О 01 Р 1/62, 1982,(57) Использование; измерениежидкостей методом ядерного ма резонанса. Сущность изобретения; устройство содержит: 1 трубопровод (1), 1 пару магнитов поляризатора (2), 1 пару магнитов анализатора (3), 1 катушку отметки (4). 1 генератор импульсов отметки (5), 1 катушку регистрации (6), 1 спиновой детектор (7), 1 блок формирования интервалов времени(8), 1 преобразователь длительности импульса в напряжение (9), 1 управляемый фильтр (10), 1 преобразователь напряжение - частота (11), 1 блок регистрации (12), 1 функциональный преобразователь (14),. 1 дифференцирующую цепь (15), 1 блок определения модуля (16). 1 пиковый детектор(17) и 2 компаратора (18 и 19),9-14-15 - 16-17 - 18 - 10, 5 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12, 14 - 19 - 10, 5 - 4, 7-3, 7 - 8. 3 ил.Изобретение относится к устройствамдля измерения расхода жидкостей с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР),Известен расходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора, магнитыанализатора, катушку отметки, соединенную с генератором импульсов отметки, катушку регистрации, подключенную кспиновому детектору, блок формированицинтервалов времени, входы которого подключены. к генератору импульсов отмыт;и испиновому детектору, а выход соединен свходом преобразователя длительности импульсов в напряжение, функциональныйпреобразователь напряжение-частота, соединенный с входом частотомера, Расходжидкости определяется по времени прохождения меткой фиксировв ного расстояния между катушкой отметки и катушкойрегистрации; при этом длительность измеряемого интервала времени обратно пропорционально расходу ЯНедостатком известного расходомераявляется низкая точность при измерениименяющихся расходов, в частности расходатоплива автомобильных двигателей; сложный характер изменения расхода приводитк появлению значительных погрешносте;из-за неоптимального усреднения показний прибора.Известен также расходомер, содерж"щий магнитные системы поляризатораанализатора, трубопровод, размещенный ввоздушных зазорах магнитных систем, катушку отметчика, соединенную с генератором импульсов отметки, катушкирегистрации, подключенную к схемам обработки и регистрации сигнала ЯМР, Инфоомацию о расходе в этом расходомере несетчастота постановки меток в потоке топливаг.Недостатком этого расходомера являются низкие точность и быстродействие приизмерениях расхода топлива двигателейвнутреннего сгорания автотранспортныхсредств, обусловленные недостаточно эффективной фильтрацией сигнала, несущегоинформацию о расходе. Гидравлическиеудары, периодические пульсации расходаиз-за работы подкачивающего насоса, резкие изменения величины расхода топлива,связанные с особенностями движениятранспортного средства, а также наличиепаровоздушных пузырей в потоке топливаприводит к неравномерномудвижению метки вдоль мерного участка и, следовательно,к погрешностям измерения расхода.Кроме того, с ростом расхода наблюдается увеличение случайных погрешностей, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 обусловленных быстрым прохождениемжидкости через поляризатор и соответствующим снижением ее намагниченности. Поэтому в области больших расходовтребуется дополнительное усреднение результатов измерений.Однако фильтрация информационного.сигнала и связанная с ней временная задержка ухудшает быстродействие расходомера, что приводит к наличию динамическихпогрешностей в случае резких измененийвеличины расхода или перемещения вдольмерного участка паровоздушных пузырей.Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия.На фиг, 1 показана структурная схемарасходомера; на фиг, 2 - приведены временные диаграммы, характеризующие его работу; а) зависимость расхода О в системетопливоподачи двига 1 еля от времени; б) зависимость от времени постоянной времениуправляемого фильтра; в) зависимость регистрируемого прибором расхода от времени;на фиг. 3 приведена электрическая схемауправляемого фильтра.Расходомер содержит трубопровод 1,магниты поляризатора 2, магниты анализатора 3, катушку отметки 4, соединенную сгенератором импульсов отметки 5, катушкурегистрации 6, подключенную к спиновомудетектору 7, блок формирования интервалов времени 8, преобразс ватель длительности импульсов в напряжение 9,управляемый фильтр 10, преобразовательнапряжение - частота 11, блок регистрации12 и блок контроля и управления 13. Входыблока формирования интервалов времени 8подключены к генератору импульсов отметки 5 и спиновому детектору 7, а выход соединен со входом преобразователядлительности импульсов в напряжение 9,Выход прес б:. зова-еля длительности импульсов в напркение 9 подключен ко входублока контроля и,правления 13 и ко входууправляемого фильгра 10,Первый и второй выходы блока контроля и управления 13 соединены, соответственно, с первым и вторым входамиуправления управляемого фильтра 10. Выход управляемого фильтра 10 подключен ковходу преобразователя напряжение - частота 11, выход которого соединен со входомблока регистрации 12,Расходомер работает следующим образом.Измеряемое топливо пропускается потрубопроводу 1, В постоянном поле магнитов поляризатора 2 оно намагничивзется ипоступает затем в катушку отметки 4, гдепроисходит периодическая отметк жидкокатушке регистрации изменяется импульсным образом. Блок формирования интервалов времени 8 сравнивает по фазе 10 15 2 О ется. постоянная времени управляемого 35 40 50 сти инверсией ядерной намагниченности. Чередующиеся равные участки отмеченного и неотмеченного топлива проходят через катушку регистрации б, соединенную со спиновым детектором 7. Напряжение на выходе спинового детектора 7, пропорциональное величине намагниченности в импульсные сигналы с выходов генератора импульсов отметки 5 и спинового детектора 7 и формирует на своем выходе последовательность импульсов, длительность которых равна времени перемещения метки вдоль мерного участка.Преобразование длительности импульса в цифровую форму, численно равную расходу топлива, осуществляется следующим образом. Сначала длительность импульса преобразуется в напряжение с помощью блока 9, затем осуществляется фильтрация этого напряжения управляемым фильтром 10. Напряжение 0 с выхода управляемого фильтра 10 по закону 1/О преобразуется блоком 11 в частоту, которая измеряется с помощью блока регистрации 12.Блок контроля и управления 13 в зависимости от величин расхода жидкости, скорости и амплитуды его изменения. вырабатывает на своих выходах сигналы управления, поступающие на соответствующие входы управления управляемого фильтра 10, По этим сигналам устанавливафильтра, характеризующая степень усреднения (сглаживания) пульсирующего напряжения с выхода преобразователя 9. Преобладающим является воздействие. входа управления по амплитуде и скорости изменения расхода,Зависимость расхода в системе топливоподачи двигателя от времени представляет собой кривую сложного вида с характерными высокочастотными и низкочастотными пульсациями (фиг. 2 а), Резкие и большие по амплитуде изменения расхода приводят к скачкам напряжения на выходе преобразователя 9. При превышении амплитудой и скоростью изменения напряжения пороговой величины на первом выходе блока контроля и управления 13 формируется такой управляющий сигнал, чтобы постоянная времени управляемого фильтра 10 была невелика - в этом случае показания расходомера быстро следят за изменениями расхода (фиг. 2 б. 2 в), При отсутствии быстрых и значительных изменений расхода, т,е, когда последний неизменен или медленно меняется блок контроля и управления 25 30 13 формирует такой управляющий сигнал,чтобы постоянная времени управляемогофильтра 10 была велика, напряжение на еговыходе сглаживалось и производилось точное измерение расхода (фиг. 2 б, 2 в).Таким образом, в расходомере осуществляется избирательное усреднение напряжения, несущего информацию о расходе.при этом в моменты значительных скачковрасхода топлива устраняются динамические погрешности, т,е. погрешности запаздывания показаний прибора за расходом, ав моменты установившегося движения топлива уменьшаются случайные погрешности,определяемые разбросом показаний расходомера.В качестве блока контроля и управления13 могут служить последовательно соединенные функциональный преобразователь14, дифференцирующая цепь 15, блок определения модуля 16, пиковый детектор 17 ипервый компаратор 18, а также второй компаратор 19. Второй вход первого компаратора 18 подключен к шине опорногонапряжения, а его выход соединен с первымвыходом блока контроля и управления 13,Выход второго компаратора 19 соединен свторым выходом блока контроля и управления 13, вход которого соединен с входомфункционального преобразовагеля 14,подключенного выходом к входу второгокомпаратора 19, Второй вход второго компаратора 19 соединен с шиной опорногонапряжения.Блок контроля и управления 13 работает следующим образом,функциональный преобразователь 14служит для преобразования входного напряжения, пропорционального времениперемещения метки в напряжение, пропорциональное расходу (здесь осуществляетсяпреобразование вида 1 И).Амплитуда напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 пропорциональнаамплитуде и скорости изменения расхода.Полярность напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 определяется направлением изменения расхода жидкости,поэтому для получения однополярного сигнала используется блок определения модуля 15.Напряжение с выхода блока 16 заряжается пиковый детектор. Если изменениерасхода достаточно большое и резкое, тонапряжение на входе первого компаратора18 превысить пороговое и на его выходесформируется импульс управления с длительностью, пропорциональной амплитудевходного напряжения (от величины амплитуды входного напряжения зависит время1770755 Фиг. 2 разряда емкости пикового детектора 17). Подобный режим адаптивного управления с изменяющейся длительностью управляющего импульса обеспечивает оптимальную переходную характеристику расходомер.Второй компаратор 19 сравнивает выходное напряжение блока 14 (оно пропорционально величине расхода) с порогом и формирует на своем выходе сигнал управления, обеспечивающий увеличенную постоянную времени фильтрации управляемого фильтра на больших расходах.По сравнению с известными предложенный расходомер обладает следующими преимуществами,1, большая устойчивость системы регистрации к сбоям показаний, вызываемым прохождением крупных паровоздушных пузырей через мерный участок, гидравлическими ударами в потоке жидкости и т,д, .2. Повышение точности измерения и быстродействия при измерении расходов топлива двигателей . внутреннего сгорания автотранспортных средств,Формула изобретенияРасходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора и анализатора, охватывающие трубопровод, катушку отметки, установленную на трубопроводе и подключенную к генератору импульсов отметки, катушку регистрации, установленную на трубопроводе и подключенную к спиновому детектору, блок формирования интервалов 5 времени, подключенный входами соответственно к выходам генератора импульсов отметки и спинового детектора, и блок регистрации,отл и ч а ю щий с я тем, что, с целью повышения точности и быстродейст вия, в него введены последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в напряжение, подключенный к выходу блока формирования интервалов времени, управляемый фильтр и преобразо ватель напряжение - частота, подключенныйвыходом к блоку регистрации, последовательно соединенные функциональный преобразователь, дифференцирующую цепь, блок определения модуля, пиковый детек тор и первый компаратор, вторым входомподключенный к шине опорного напряжения, а выходом соединенный с первым входом управляемого фильтра, а также второй компаратор, соединенный выходом с вто рым входом управляемого фильтра, а вторым входом подключенный к шине опорного напряжения, при этом выход преобразователя длительности импульсов в напряжение соединен с входом функцио нального преобразователя,.Б каз 3733 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, ",О К Вик. ксьчпл. г "ф к Вм конлр Составитель А,ФаибцшевТехред М. Моргентал