Электромагнитный расходомер

:"1 БЛйО: Ег,ин кас СССР81.СР984.МЕРерениятнымвано ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение касается измрасхода жидкости электромагниметодом и может быть использо для создания цифровых электромагнитных измерителей расхода, Цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей и повышение экономичности. Расходомер содержит датчик 1,к выходу которого подключен усилител2. Электронная схема расходомера содержит усилитель-сумматор 3, устройство выборки-хранения 4, компаратор5, интегратор 6, схему сравнения 7,Кроме того, в состав расходомеравходят счетчики, триггеры, регистр,логические схемы И, И"НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В процессе работы расходомера периодически осуществляетсякалибрование. 2 э.п.ф"лы, 1 ил.Изобретение относится к технике измерений расхода и количества жидкости электромагнитным способом и может быть использовано для создания цифровых электромагнитных измерителей расхода.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьшение экономичности. 10На чертеже изображена схема электромагнитного расходомера.Расходомер содержит датчик 1, к электродам которого подсоединен усилитель 2 сигнала датчика, выходом подключенный к третьему входу усилителя сумматора 3 непосредственно, а к четвертому, вычитающему, входу через устройство 4 выборки-хранении. Выход усилителя - сумматора 3 соеди 20 нен с первым входом первого компаратора 5, второй вход - с выходом последнего вместе с входом интегратора 6 и дополнительным входом схемы 7 сравнения, первый вход - с выходом интег ратора 6 вместе с основным входом схемы 7 сравнения и через ключ 8 с входом преобразователя 9 напряженияток, к выходу которого подсоединена катушка 10 формирователя магнитногополя, Схема 7 сравнения состоит из второго комцаратора 11, первый вход которого является основным входом схемы сравненияа второй вход соединен с нулевой шиной устройства вместе с вторым входом первого компаратора, логической схемы ИСКЛ 10 ЧЛ 10- ЩЕЕ ИЛИ 12, первого 13 и второго 14 диодных ограничителей уровня и одновибратора 15, Вход последнего соеди 40 нен с выходом логической схемы ИСКЛ 10 ЧЛ 10 ЩЕЕ ИЛИ 12, первый вход которой через первый 13 диодный ограничитель уровня соединен с выходом. второго 11 компаратора, а второй вход через второй 4 ограничитель уровня45 с дополнительным входом схемы 7 сравнения, Выход одновибратора 15 является выходом последней и соединен с управляющим входом устройства 4 выборки-хранения, счетным входом второго 16 счетчика импульсов и первым входом формирователя 17. Последний содержит логическую схему И-НЕ18, первый 19 и второй 20 ГБ-триггеры, логическую схему И 21, логическую схему ИСКЛОЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ 22 и счет-чик 23 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом логической схемы И 21, выход переполнения, являющийся третьим выходом Формирователя 17, с ц.-входом, КБ-триггера 20, а вход сброса вместе с первым входом логической схемы ИСКЛ 10 ЧЛ 10 ЩЕЕ ИЛИ 22 составляет второй вход Формирователя 17, соединенный с выходом устройства 24 внешнего сброса вместе с входом сброса счетчика 25 импульсов. С выходом последнего соединен второй вход логической схемы ИСКЛ 1 ОЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ 22, который является третьим входом Формирователя 17, а выход последней подключен к Б-входу триггера 19. Неинвертирующий выход триггера 19 соединен с первым входом логической схемы И-НЕ 18 и является пятым выходом формирователя 17, который подключен к входу сброса счетчика 26 импульсов. Инвертирующий выход триггера 19 является четвертым, а инвертирующий выход триггера 20 первым выходами Формирователя 17, и соединенными соответственно с третьим и первым входами логической схемы И 27. К-вход триггера 19 и Б-вход триггера 20 соединены с выходом логической схемы И-НЕ 18, второй вход которой составляет первый вход Формирователя 17 вместе с вторым входом логической схемы И 21, первый вход которой соединен с неинвертирующим выходом триггера 20, который является вторым выходом Формирователя 17 и подключен к первому входу логическои схемы И 28. Третий выход Формирователя 17 соединен с первым входом логической схемы И 29, второй вход которой соединен с выходом одновибратора 30 вместе с счетным входом счетчика 25 и входом записи счетчика 16, а выход - с входом записи вычитающего счетчика 31 импульсов, счетный вход которого подсоединен к выходу логической схемы 27, информационные входы - к инФормационным выходам счетчика 26, а выход переполнения " к входам одно" вибратора 30 и входу записи регистра 32, информационные входы которого соединены с информационными выходами счетчика 16, К вторым входам логических схем 27 и 28 подключен выход генератора 33 импульсов, стабильной частоты, а к счетному входу счетчика 26 выход логической схемы 28.Цикл работы расходомера состоит из двух режимов; калибровки и измерения. Режим измерения является основным.й22041 6Напряжение 0=КОд -К 0 +К 0 +К 606,где 0, 0, 0 и 06- напряжения, действующие на выходах, соответственно 2, 4,5 5и б, а КК " коэффициенты усиленияпо тем входам усилителя-сумматора 3, ккоторым подключены напряжения006 .Напряжение 0 = К В Ч ++ 60 где К 1 - коэффициент, учиты О вающий коэффициент передачи датчикаи коэффициент усиления усилителя 2;В - индукция магнитного поля датчика;Ч - скорость потока в активной зонедатчика.Индукция магнитного поля датчикапропорциональна току возбуждения 16,протекающему в катушке 10, а ток 16пропорционален напряжению 0 = СЕ6 20(где с - постоянная интегрированияинтегратора б), действующему на входе преобразователя 9. Поэтому 0Е= К -- Ч+ Ь 0 д,где К учитывает625К и коэффициент пропорциональностимежду индукцией В и напряжением 0.Напряжение 0 при условии неизменности А 0 в течение четверти периодаудовлетворяет равенству Ц = Ь 0Напряжение 0 = -ЕоПоэтому 5 15 Он задается "1" на инвертирующих выходах КБ-триггеров 19 и 20. При этом ключ 8 замкнут, а логическая схема И 27 открыта для импульсов, генерируемых генератором 33.Пусть только что сработал первый компаратор 5 и на его выходе присутствует напряжение - Е,. Напряжение на выхоДе интегратора б линейно возрастает с определенного отрицательного значения. Пока это напряжение отрицательно, то отрицательно и выходное напряжение. второго компаратора 1, На выходах обоих диодных ограничителей 13 и 14 уровня присутствуют н 0", поэтому 0" действует и на выходе логической схемы ИСКЛОЧЙОЩЕЕ ИЛИ 12.Ток возбуждения магнитного поля датчика на выходе преобразователя 9 напряжение-ток тоже растет с некоторого отрицательного значения. В момент равенства напряжения 0 на выходе интегратора б равен нулю ток возбуждения магнитного поля, поэтому полезный сигнал датчика отсутствует. В этот момент срабатывает компаратор 11, иа его выходе появляется положительное напряжение, на выходе диодного ограничителя уровня 14 появляется "1", вызывая "1" на выходе логической схемы ИСКЛ 10 ЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ 12. Фронт перехода с "0" в "1" последней вызывает срабатывание одновибратора 15. Короткий импульс, появившийся на выходе последнего, переводит в режим выборки устройство 4выборки-хранения. В последнем запоминается напряжение Ь 0 э, которое присутствует на выходе усилителя 2 в момент выборки. Это напряжение пропорционально сумме пара:зитной разности электродных потенциалов датчика и напряжения дрейфа усилителя 2.Импульс с выхода одновибратора 15 также увеличивает на единицу содержание счетчика 1 б, Содержание счетчика 23 не меняется, так как в режиме измерения логическая схема И 21 закрыта нулем на неинвертирующем выходе триггера 20.Напряжение на выходе интегратора б и ток возбуждения, став положительными, продолжают возрастать до тех пор, пока полярность напряжения 0 на первом входе компаратора 5, а следовательно, на выходе усилителя-сумматора 3 не изменится на обратное. Ео 0,=К К -- Ч с"+ К в 0 р л" Д ЭЕ 35 К, 60 э -К 5 Ео+ Кбл Е 6+ Клб 45Изменяет свой знак из отрицательногона положительныи в момент равенства .оЕ(6 " 6 6 В этот момент срабатывает компара"тор 5, напряжение на его выходе ста-новится равным +Е , интегратор бофначинает .интегрировать в противоположном направлении и напряжение 0 55на его выходе начинает убывать. Таккак на выходах обоих ограничителей13 и 14 уровня с того момента действуют полджительные напряжения, на ихвыходах имеются " 1" и на выходе ло 1522041 8гической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 устанавливается "О".В момент перехода напряжения .на выходе интегратора 6 через нуль напряжение на выходе компаратора 11 становится отрицательным, на выходе ограничителя уровня .14 появляется "0" и на выходе логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 возникает "1"При этом вновь срабатывает одновибратор 15. Содержание счетчика 16 возрастает на единицу, а устройство 4 выборки-хранения делает очередную выборку, запоминая ЙПэ в этот момент.Напряжение 06 и ток возбуждения убывают до тех пор, пока напряжение П не поменяет знак с положительного на отрицательный, заставляя сработать компаратор 5, Это случается в момент равенства ЕоЕа частоту появления этих импульсов можно выразить так:К1й =,. ,+К 1- "б ьбКя Кгде К = --- = сопя;1 2 КбК = -- = сопз.Ж 40 45 Из этого выражения видно, что частора Й;, пропорциональна не только скорости потока, но и сомножителю стабильность которого обеспел ф6чить сложно. Для этого и вводится режим автоматической коррекции Перед тем, как выяснить, каким образом в регисторе 32 появляется цифра 1, пропорциональная расходу жидкости, рассмотрим, как расходомер работает Таким образом, в каждом из полупе" риодов сигнал У на выходе усилителя 3 меняется на величину 2 К Е . При этом в каждом из полупериодов на выходе одновибратора 15 появляются им- ЗО пульсы. Период повторения Т; этих импульсов можно определить из равенства:2 Ку Ео ТШ Ш 5 ЙФ о ЕК -о- б 2 К КбИмпульсы с таким периодом поступают на вход счетчика 23. в режиме коррекции. Этот режим может быть вызван либо устройством 24 внешнего запуска, либо импульсом на выходе счетчика 25. Нормально, при отсутствии импульсов, на выходе устройства 24 присутствует "0", а на выходе счетчика 25 - "1". При этом на выходе логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 присутствует "1". В момент сра" батывания устройства 24 на его выходе появляется импульс, амплитуда которого соответствует "1". При этом на выходе схемы 22 появляется отрицательный по отношению к "1" импульс, т.е. во время действия импульса на ее входе, на выходе устанавливается "0", В момент переполнения счетчика 25 на его выходе появляется импульс, отрицательный по отношению к "1", вызывающий такой же импульс, на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12. И в том и в другом случае импульс, появившийся на выходе схемы 22, попадает на Я-вход триггера 19, устанавливая "1" на неинвертирующем и "0" на инвертирующем выходах последнего, Логическая схема И 27 закрывается, логическая схема И-НЕ 18 открывается, а содержание счетчика 26 сбрасывается .в "О". Первый импульс, пришедший с одновибратора 15 после срабатывания триггера 19, попадает через открытую . схему И-НЕ 18 на Б-вход триггера 20, вызывая его срабатывание, Одновременно этот же импульс возвращает триггер 19 в исходное положение. На неинвер" тирующем выходе триггера 20 устанавливается "1"на инвертирующем - "О". Схема 27 остается закрытой, ключ 8 размыкается, а логические схемы И 21 и 28 открываются.В части схемы,.состоящей из блоков 1"15 происходит периодический про" цесс, описанный выше, за исключением того, что ток возбуждения из-за разомкнутого ключа 8 все время равен нулю, полезный сигнал на выходе усилителя 2 отсутствует и П = Пэ, Поэтому период повторения импульсов на выходе одновибратора 15 определяется выражением1Режим коррекции продолжается дотех пор, пока не появится импульс на,выходе переполнения счетчика 23.Если емкость счетчика 23 равна и, топродолжительность режима коррекциипс- ТоКВсе это время на счетчик 26 посту0 пают импульсы частотой Гс с генератора 33. Поэтому в счетчике 26 записывается число6В =п в " - Йк К с 15Импульс с выхода счетчика 23 попадает на вход триггера 20 и через логическую схему И 29 на вход записи счетчика 31, На неинвертирующем выходе триггера 20 устанавливается "0", закрывая схемы 21 и 28 и замыкая ключ 8, а на инвертирующем выходе триггера 20 устанавливается "1"., открывая схему.27 для импульсов, с генератора 25 33. Вновь начинается режим измерения. Импульс, попавший на вход записи счетчика 31, переписывает содержимое счетчика 26, равное Мк в счетчик 31. Так как появление импульса перепол- . нения соответствует установлению содержимого суммирующего счетчика в нуль, то такое содЕржимое счетчика 23 и остается, пока будет продолжаться режим измерения.Рассмотрим, каким образом формируется число И в регистре 32, Импульсы частотой К все время вычитают содерсжимое счетчика 31 до тех пор, пока оно станет равным нулю. Так как первоначально там находится число И то вычитание занимает времял(,Т = - -=ис К 145 Когда содержимое счетчика 31 становится равным нулю, импульс, попавший на вход, на выходе переполнения последнего вызывает импульс, который, попадая на вход записи регистра 32, переписывает содержимое счетчика 16 в регистр. Тот же импульс запускает одновибратор 30, импульс на выходе которого записывает в счетчик 16 код, набранный на его информационных входах, и, попадая через логическую схему И на вход записи счетчика 31, вновь переписывает в него содержимое счетчика 26. Выходной импульс одновибратора 30 увеличивает содержимое счетчика 25 на единицу.За время Ть в счетчик 16 попадает количество импульсов6К КпМ, =Т =( - - Ч+;-,-)п6 б К 11= - "и 7+и.Если на информационных входах счетчика 16 будет набран код и, инверсный числу п, то предварительно в счет" чике 16 записывается число - и. Поэтому по истечении времени Тб в счетчике 16 окажется записанным числоЧ =Х + (-и) = - -п 7Ф1 гкоторое пропорционально расходу или скорости потока жидкости и не зависит от постоянной времени интегратора, Это число и переписывается в регистр 32, в котором хранится выходной информационный сигнал расходомера.В начале режима измерения содержимое счетчика 25 равно нулю, Поэтому следующий импульс переполнения, если не будет запущено устройство внешнего запуска 24, появится через время Т= шТгде ш - емкость счетчика 25.,Таким образом, при отсутствии внешнего запуска режим коррекции будетавтоматически повторяться через время Т.В момент включения расходомера устройство внешнего запуска 24 срабатывает обязательно, поэтому после включениярасходомера сначала обязательно выполняется реяим коррекции илишь затем расходомер переходит в режим измерения. Дополнительная схемасравнения выполнена так, что независимо от того, какие напряжения установятся на выходах компараторов 5 и11 в момент включения, сразу же срабатывает устройство выборки-хранения,запоминая значение Ы в моментвключения,Если на выходе одного из компараторов установится высокий уровень,а на выходе другого - низкий, то навыходе первой логической схемы ИСКЛЮЧАИ 111 ЕЕ ИЛИ 12 сразу устанавливаетсялогическая единица и срабатывает второй одновибратор 15 запоминая 611 эв устройстве выборки-хранения, Пустьформула изобретения Электромагнитный расходомер,содержащий датчик, к электродам которо-,ЗО го .подключен усилитель, формирователь магнитного поляпервый компаратор, усилитель-сумматор, ключ, первую и вторую схемы И, первый, второй и тре" тий счетчики импульсов, вычитающий35 счетчик импульсов, генератор импульсов, регистр, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика, вход, записи которого соединен с выходом первого однонибратора, устройство внешнего запуска, выход которопо соединен с первым входом формирователя, второй вход ко" торого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с г дходом схемы сравнения, первый ныхд формирователя соединен с управляющим входом ключа, выход усилителя - сумматорас первым входом перного компаратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, дополнительно введены интегратор, преобразователь напряжение - ток, третья схема И и устройство выборки-хранения, вход которого соединен с выходом усилителя и первым55 входом усилителя-сумматора, а выход - с инвертирующим входом усилителя- сумматора, второй вход которого сое 5 О в момент включения на выходах обоих компараторов установились высокие уровниТогда интегратор 6 начинает интегрировать в отрицательном направлении, Гак как выходное его напряГ5 жение в момент включения было равно нулю, то очень быстро на выходе компаратора 11 установится низкий уровень и на выходе схемы ИСКЛЮЧАКЗЦЕЕ ИЛИ 12 установится "1", вызывая срабатывание одновибратора 15. Если на выходе компараторов установились низкие уровни, то интегратор 6 начинает интегрировать в положительном направлении, переведя компаратор 11 в высокий уровень и опять, в конечном итоге, вызывая .срабатывание одновибратора 15.Такий обраэомр мощность ПОДВОДИ мая к датчику расходомера, уменьшена вдвое. Наличие устройства выборки- хранения позволяет эффективно отделить разность электродных потенциалов от полезного сигнала. 25 динен с первым входом схемы сравнения,выходом первого компаратора и черезинтегратор - со своим третьим входом,вторым входом схемы сравнения, входомключа, выход которого через преобразователь напряжение - ток соединен сформирователем магнитного поля, выходсхемы сравнения соединен с тактовымвходом первого счетчика, выход уст"ройства внешнего запуска - с входомсброса второго счетчика и четвертымвходом формирователя, второй и третийвыходы которого соединены с первым ивторым входами первой схемы И, третий вход которой соединен с выходомгенератора импульсов и первым входомвторой схемы И, второй вход которойсоединен с первым выходом формирователя, четвертый выход которого соединен с первым входом третьей схемы И,второй вход которой соединен с выходом одновибратора и тактовым входомвторого счетчика, выход третьей схемыИ, соединен с входом записи вычитающего счетчика, тактовый вход которо-.го соединен с выходом первой схемыИ, информационные входы вычитающегосчетчика соединены с выходами третьего счетчика, тактовый вход которогосоединен с выходом второй схемы Иа вход сброса - с пятым выходом формирователя, вход одновибратора соединен с входом записи регистра, второйвход первого компаратора - с нулевойшиной.2, Расходомер по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что схема сравне- .ния содержит последовательно соединенные второй компаратор, первыйдиодный ограничитель, схему ИСКЛЮЧАЮ"ЩЕЕ ИЛИ и одновибратор, выход которо"го является выходом схемы сравнения,второй вход которой соединен с первымвходом второго компаратора, второйвход которого соединен с нулевой шиной, первый вход схемы сравнения через второй диодный ограничитель сое-.динен с вторым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,3. Расходомер по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что формировательсодержит схему ИСКЛЮЧЙОЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которой являютсясоответственно первым и вторым входами формирователя, третий вход которого через схему И-НЕ соединен с Квходом первого триггера и Я-входомвторого триггера, а через схему И -14 13 1522041 Составитель В.ЯрычТехред М,Дидык Редактор Л.Пчолинская Корректор М.Шароши Тираж 660 Подписное Заказ 6949/38 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Рауйская наб., д. 4/5В гПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 с тактовым входом счетчика, входсброса которого является четвертымвходом формирователя, первый выход.которого соединен с выходом второготриггера и вторым входом схемы И,второй выход формирователя соединенс инверсным выходом первого триггера,Я-вход которого соединен с выходом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий выход формирователя соединен с инверсным выходом второго триггера, вход сбро-5са которого соединен с выходом счет" чика и четвертым выходом формирователя, пятый выход которого соединен с выходом первого триггера и вторым входом схемы И-НЕ.