Пристрій для вимірювання витрат рідких та газоподібних середовищ

Изобретение относится к опреде лению расхода жидкостей и газов и позволяет расширить рабочий диапазон измеряемых расходов и повысить точность. Фиксируется отклонение поплавка от начального положения в зависимо S. 2 сти от расхода среды, протекающей по измерит елькому каналу. Это отклонение преобразуется в пропорциональный электрический сигнал, который формирует тротиводейсгвие, возвращающее п о плавок к начальному положению. По в е личине этого сигплпл определяют р а с ход. Устройство содержит дополнительные измерительные цепи, содержащие синхродетектор 13, делитель 24 напряжения, источник 14 опорного напряжения, с помощью которых в отсутствие расхода центрируется положение поплавка в зависимости от его веса, плотности и температуры среды. Создание возвращающегося усилия осущестрляется вторым соленоидом Ь. Разность токов первого и второго соленоидов 4 н 5, фиксируемая дисЪференциальным усилителем 2 3 , пропорциональна расходу е р е - . ды. 1 ил. О R£ 1620844 выходного сигнала выпрямителей 16 и 17, усиливается магнитное поле каждого соленоида, перемещая поппавок 1 в положение, промежуточное между крайним и центрированным - симметричным обеим секциям дифференциальной катушки 7. При этом разбаланс моста 10 уменьшается и фиксируется на значении, при котором на выходе дифференциального усилителя 15 выходное напряжение станет равным нулю. Положение поплавка 1 соответствует значениям падений напряжений на резисторах 20 и 21 от токов в соленоидах 4 и 5, создающих магнитные поля, воздействия которых уравновешивают вес поплавка 1 (при нулевом расходе), либо действие на попла^ вок набегающего потока среды со скоростью V и Архимедову силу (в случае расхода жидкой среды). Рассмотрим настройку расходомера в случае отсутствия расхода среды (V = - 0 ) . В этом случае поплавок 1 удерживается в центрированном положении по отношению к секциям дифференциальной катушки 7 магнитным полем катушек 4 и 5, электрические токи, протекающие через которые, равны. Равенство токов обеспечивается следующим. При отсутствии расхода (V = 0) на поплавок 1 действуют две силы: сила тяжести (вес поплавка) и Архимедова сила (в случае жидкой среды). Под действием разности этих сил поплавок 1 уходит из положения равновесия. Изменение положения поплавка приводит к разбалансу моста 10, образованного Расходомер работает следующим обсекциями дифференциаліной катушки lfi раз ом 0 40 встречно включенными, и резистором 8, Когда питание расходомера отключена выходе которого появляется сигнал но, поплавок 1 занимает в рабочем канале 2 крайнее нижнее положение, ограниченное мембраной 3, в отсутствие R расхода или малом расходе, либо край- 45 (1) (К + х,.) 2 нее верхнее положение при высоком уровне расхода среды. В этом положегде напряжение питания моста нии магнитная часть поплавка полно10, В; стью перекрывает одну из обмоток дифК., - сопротивление нагрузки, проференциальной катушки. порциональное RTIR&X, Ом; При включении электропитания рас- 50 UX. = ходомера в измерительной диагонали 1 + моста 10 появляется максимальный сигнал разбаланса в соответствии с поло-, приращение индуктивього сожеиием поплавка І в одном из крайних противления с измерением по55 положений в канале 2. ложения поплавка; R — сопротивление активное плеча По мере роста тока в обмотках соле* ноидов 4 и 5 с постоянной времени.опмоста 10, образованного чаределяемой длительностью нарастания стью резистора 8, Ом; Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода различных сред в трубопроводах любого сечения из немагнитных и неэлектропроводных материалов , Целью изобретения является расширение рабочего диапазона измеряемых расходов жидких и газообразных сред и повышение точности измерений. На чертеже приведена схема устройства . Устройство состоит из поплавка 1 в измерительном канале 2 с торцовыми 15 мембранами 3, двумя соленоидами 4 и 5, охватывающими корпус 6 из немагнитного материала, дифференциальной катушки 7, переменного резистора 8 и г е нератора 9 переменного гармонического 20 напряжения, включенного в диагональ питания образованного мостового электромагнитного узла 10 съема сигнала, дифференциального усилителя 11 сигнала разбаланса, усилителя 12 перемен- 25 ного напряжения, синхродетектора 13 и регулируемого источника 14 опорного напряжения, включенных на входы дифференциального усилителя 15, двух выпрямителей 16 и 17, соединенных с уп30 равляющими входами двух генераторов 18 и 19 тока, прецизионных резисторов 20 и 21, регистратора 22, дифференциального усилителя 23,управляемых переключателей 24 - 26, источника 27 питания, а также схемы 28 И и управ- 35 ляемого делителя 29 гармонического напряжения. 1620844 где К(, , К 1 6 , K,g - с о о г н е і п мошіс , - индуктивное сопротивление коэффициенты преоора югчлнпя vcими г сли секции дифференциальной к а 1 1 , выпрямителя 16 и г енераторгі і отушки 7 при среднем положека 18. нии магнитного поплавка; При опускании поплавка 1 увепимиЛЬ - смещение якоря поплавка (фервается индуктивность нижней секции ромагнит) из среднего полокатушки 7 и среднее значение выходножения, м; го сигнала дифференциального усилитеb - длина хода якоря поплавка, ля 11 смещается в обпасть отрицательопределяющая изменение ин10 ных напряжений, при выпрямлении в дуктивного сопротивления, м; блоке 16 обеспечивается отрицательное 1 - длина дифференциальной катушуправляющее напряжение, уменьшающее ки, м; значение т о к а , задаваемого по катушке Da - средний диаметр дифференцисодекоида 5 генератором тока 18. альной катушки и я к о р я , ,м. 15 ' В это же время на выходе выпрямиэффективная магнитная теля 17 формируется всегда положительй ь 1 + проницаемость цепи инное напряжение, управляющее током 1^ дуктивного сопротивлечерез катушку соленоида 4 в сторону ния . 20 его в о з р а с т а н и я . В результате поплаИз соотношения (1) следует пропорциовок 1 возвращается, притягиваясь с о нальность изменения индуктивного соленоидом 4 к среднему положению, с и г противления и перемещения поплавка 1. нал разбаланса уменьшается и в некоПоэтому соотношение (1) перепишем в торый момент наступает равенство т о виде ков І- и І ? в обмотках соленоидов. На 25 выходе дифференциального усилителя 23 формируется нулевой уровень, который (2) в виде логического нуля поступает ч е рез прерыватель 27 на вход элемента 2 Uco И 28 через управляемый переключатель где 2 5 . Если на втором входе элемента 28 (І ^ присутствует логический нуль, то на чувствительность п р е о б р а з о выходе элемента 28 формируется управвания перемещения поплавка ляющий -сигнал Е. Условие, при котором в электрический сигнал, В/К, на выходе дифференциального усилителя Сигнал разбаланса моста 10 преобра~ 35 15 формируется кулевой уровень зуется по двум каналам в э л е к т р и ч е с кие токи, питающие катушки соленоидов (5) 4 и 5. =о = (и, Первый образован управляемым комгде U - регулируемое опорное намутатором 24, усилителем 12, выпрями- 40 пряжение, В; телем 17 и генератором тока 19 U = U Q 1 К 2 9 ' К ^ - выпрямленное напряжение на выходе управляемого делителя на(.3) пряжения 29; 45 К,з - коэффициенты деления К, К ( 7 , К\о ~ соответственно где управляемого делителя 29 коэффициенты преобразования усилителя и синхродетектора 13. 12, выпрямителя 17, генератора тоПринимая опорный сигнал пропорциока 19. нальным начальному току удержания поВ связи с тем, что вход усилителя 50 плавка в среднем положении 1 0 и осу12 подсоединен только к одному плечу ществляя подстановку значений U ,* , моста 10, образованного частью сопрополучим тивления резистора 8, в соотношение (3) введен коэффициент 0,5. Второй образован дифференциальным Jill - 14 (6) 55 усилителем 11, выпрямителем 16 и генератором тока 18 ' Состояние, при котором поплавок занимает среднее положение, устойчивое, = S К (4) К К 18 U м X I* 1620844 так как основное удержание поплавка в этом состоянии осуществляется малым разнонаправленным изменением токов 1 + и Ig- при минимальном сигнале разбаланса лчоста 10. В этом состоянии нулевой сигнал на выходе дифференциального усилителя определяется соотношением задаваемых напряжений: на выходе управляемого делителя и опорного. При этом выходное напряжение делителя 29 10 изменяется до тех пор, пока на его управляющий вход перестанет поступать сигнал с выхода дифференциального усилителя 15 через управляемый ключ 26. Таким образом, на вход элемента И 28, t5 соединенного с выходом усилителя 15, логический нуль будет формироваться всегда и определяться уровнем опорного напряжения. Если оно выставлено неверно, тогда при переключении упра- 20 вляемого переключателя 24 на вход усилителя 12 поступает неравный сигналу разбаланса моста 10 сигнал, который изменяет скачком силу тока в 25 обмотке сопеноида 4 и ведет к нарушению положения поплавка 1, а следовательно, на выходе дифференциального усилителя 23 формируется напряжение, соответствующее логической единице, поступающей на вход элемента 30 И 28. При этом на его выходе сигнал управления пропадает. Цикл регулирования положения поплавка 1 в измерительном канале повторяется до тех пор, пока опорное напряжение не бу35 дет выставлено таким, при котором сигнал с выхода управляемого делителя не будет равен сигналу разбаланса моста 10, соответствующего устойчиво* му положению поплавка 1. Каждый цикл 40 нас тройки опор ног о напряжения на блюда ется по включению - отключению регистратора 22. 8 Из соотношений (5) и (6) установим зависимость между напряжениями разбаланса моста 10 U m и генератора 9 Uf^ m KV к , = K. X x a ,/K. откуда получим K, К (Г к (8) С учетом (8) значение выходного напряжения ,?-} дифференциального усилителя 23 получим К, 8 - к, К« ч ) = 0 и при условии К 4 б = К п — К. — И Кл« = и RГО К. запишется К • R (К и 23 К 19 к, следовательно, для равенства необходимо выполнить условие км- к ( 0 = к к (9) = 0 (10) При изменении расхода V ^ 0 на поплавок 1 воздействует усилие набегающего потока Fy. Смещение поплавка приводит к разбалансу моста 10 к,,* к = S V и изменению тока в катушке соленоида 5 = S U К и, При соответствии Uo уровню удержикоторый формирует приращение магнитнсмвающего тока 1 а сигнал управления на го поля с усилием Д. Fg, возвращающим выходе элемента И 28 не пропадает. Уппоплавок в прежнее положение равляемый переключатель 25 закорачивает один вход И на "землю",на второй вход элемента 28 подается логический Л V Д Ь э ' = с— (13) 50 нуль. R Х На выходе дифференіщального усилителя 23 в этом случае выходное напряжение должно быть равно 55 1Ь 3 = Uao - U e t = I ? ** U tЛ ' К пп ' * K.i где ДІ 2 - ( 1 5 - I^2 ~ приращение тока в соленоиде 5, А, С учетом (7) получим R 2 0 - I, (7) V = 2 х R = S I 5 (14) 1620844 0 т . е . прак-н- .РСКИ очень мала. Остальную погрешность составляют погрешно- чувствительсти измерения тока и напряжение (на ность преобразования расходомера, л /мин уровне вольт и сотен миллиампер), с о Л ' ставляющие 10 %, точность сравнения Таким образом, расход среды через в дифференциальных усилителях сигнакалиброванный измерительный канал 2 л о в , точности выставления опорного расходомера пропорционален изменению напряжения и деление управляемым д е тока через обмотку соленоида, удержилителем сигнала, которые составляют 10 вающего усилием, создаваемым магнитным цели прямого и обратного преоброзоваполем соленоида, поплавок в определенния и не превышают 0,1%. ном постоянном положении, отклонение от которого в р е з у л ь т а т е изменения расФ о р м у л а и з о б р е т е н и я хода формирует уравновешивающее сило15 вое воздействие. Устройство для измерения расхода Расходомер обеспечивает определение жидких и газообразных сред, содержарасходов различных сред жидких или щее корпус с калиброванным каналом, газообразных в обоих направлениях с узел электромагнитного съема сигнала, единой градуировкой, так как начальное. состоящий из размещенного в измериусилие в отсутствие расхода среды, в ы тельном канале поплавка, дифференциставляемое с помощью опорного напряальной катушки и переменного р е з и жения 14, пропорционально плотности стора, о т л и ч а ю щ е е с я среды, присутствующей в общей чувст~ тем, ч т о , с целью расширения рабочевительности расходомера в соотноше25 го диапазона измеряемых расходов р а з нии ( 9 ) . личных сред и повышения точности и з мерений, в него введены последоваВ силу встречного включения обмоток тельно соединенные регулируемый и с дифференциальной измерительной катушточник опорного напряжений, первый ки погрешности от возмущающих внешних дифференциальный усилитель, первый факторов и изменения параметров ее 30 управляемый переключатель, управляє-, исключаются. Остаются нескомпенсиромый делитель гармонического напряжеванные погрешности, вызванные изменения и синхродетектор, подключенный нием параметров ферромагнитной вставки выходом к второму входу первого дифв поплавок 1 от температуры среды в ференциального усилителя, последовасвязи с изменением ее магнитной прони35 тельно соединенные элемент И, второй цаемости . управляемый переключатель, второй Температурное изменение магнитной дифференциальный усилитель, первый проницаемости, например феррита марвыпрямитель, первый генератор тока, ганцево-цинкового марки 150ВЧ, опрепервая обмотка соленоида, третий дифделяется значением обійди перепадом 40 ференциальный усилитель, третий уптемпературы воды равляемый переключатель, выходом подключенный к входу элемента H s последовательно соединенные усилитель = 0,0072% ц18 - -72 переменного напряжения, второй выпрямитель, второй генератор тока, вто45 Температурное изменение плотности рая обмотка соленоида и первый прециfс, например, для воды составляет зионный р е з и с т о р , генератор гармонического напряжения, второй прецизион? ДТ = (+26 - + 8 ) С ; ный резистор и регистратор, входом объединенный с управляющими входами 50 первого, второго и третьего управляе~ ^ = 0,ЗН, мых переключателей, и подключенный к cift выходу элемента И, вторым входом подПодстановка этих значений в подкоключенного к выходу первого дифференренное выражение чувствительности циального усилителя, второй вход регирасходомера дает значение погрешности 55 стратора подключен к выходу третьего дифференциалького усилителя, вторым 72 - 1(Г + _ входом подключенного к первому выводу где S = к - п 2 х И 1620844 первого прецизионного резистора, вторым выводом подключенного к общей ши~ не, к которой через второй прецизионный резистор подключен первый вход третьего дифференциального усилителя, начало и конец дифференциальной катушки подключены - соответственно к первому и второму входам второго дифференциального усилителя, между кото- 1 0 рыми включен переменный резистор, подвижный контакт которого подключен к выходу генератора гармонического напряжения, второй выход которого ч Редактор Н. Горват ' 12 подключен к синхродетектору, а вход к средней точке дифференциальной катушки и второму входу управляемого делителя гармонического напряжения, причем корпус представляет собой трубку из немагнитного материала с двумя мембранами на торцах измерительного канала, на трубке размещены два соленоида, между которыми располагается дифференциальная катушка, состоящая из двух секций, включенных встречно, а поплавок выполнен в виде капсул с магнитными вставками внутри. Составитель В. Ярыч Техред М,Дидык' Корректор М. Самборская Заказ 4238 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101