Способ контроля измерения расхода текучих сред электромагнитным расходомером
METHOD OF CONTROLLING FLUID MEDIA FLOW MEASUREMENT BY ELECTROMAGNETIC FLOWMETER

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, в частности, для измерения электропроводящих текучих сред в трубопроводах, а также в счетчиках воды и других жидкостей.
В основе действия электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем расходомера, при этом измеряется ЭДС, индуцируемая в жидкости при пересечении ею магнитного поля, создаваемого электромагнитом, величина которого известна. Наличие поблизости от счетчика дополнительных магнитных полей может быть источником помех, которые скажутся на результатах измерения.
Известен способ уменьшения помех при измерении расхода текучих сред электромагнитным расходомером (патент RU №2295706). Способ заключается в том, что первичный преобразователь содержит расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, при этом измеряется ЭДС, индуцируемая в жидкости при пересечении ею магнитного поля, создаваемого электромагнитом, величина которого известна. Наличие поблизости от счетчика источников посторонних магнитных полей определяется за счет того, что используется не один трубопровод с электродами, подсоединенными к измерительной схеме, соединенной со схемой контроля для управления током питания магнитной системы, но и дополнительный трубопровод с электродами, которые также соединены с измерительной схемой. При этом дополнительный трубопровод с измерительной схемой образует измерительный канал с постоянным расходом измеряемой среды, создающий со схемой контроля для управления током питания магнитной системы отрицательную обратную связь, позволяющую компенсировать влияние изменения параметров измеряемой среды, магнитной системы и измерительной схемы на результат измерения. Отклонение напряжения, пропорционального скорости движения среды в дополнительном трубопроводе, от образцового значения означает изменения параметров магнитной системы и измеряемой среды. Поэтому разность между напряжением, пропорциональным скорости движения среды в дополнительном трубопроводе, и образцовым значением поддерживается равной нулю, изменяя ток питания магнитной системы пропорционально этой разнице напряжений и, следовательно, в расходомере происходит коррекция значения расхода.
Недостатком рассмотренного выше способа является сложность конструктивной его реализации и большая чувствительность к внешним помехам, имеющим частоту, близкую к частоте питания катушек электромагнита и невысокий уровень достоверности измерений в присутствии внешних магнитных полей, отличных от указанных.
Известен «Способ измерения расхода текучих сред» (Патент RU №2529598), конструктивная реализация которого намного проще, чем в способе, рассмотренном выше. Он наиболее близок по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению. В нем также осуществляется контроль наличия электромагнитных помех. Способ контроля измерения текучих сред заключается в том, что измеряют напряжение на электродах первичного преобразователя расхода, пропорциональное скорости измеряемой среды в измерительном канале, пересекающей при движении поле электромагнита, измеренную величину, характеризующую расход, преобразуют в цифровом виде программно-аппаратным образом в блоке управления в единицы расхода жидкости, измеряют напряжения, пропорциональные току через катушки электромагнита и напряжению на них, по этим измеренным напряжениям программно-аппаратным образом определяют величины текущих значений активного и индуктивного сопротивлений катушек, которые сравнивают с заранее предустановленными эталонными значением.
Недостатком известного способа является невысокая достоверность контроля, так как полученное описанным выше способом значение индуктивности катушек, которое используется как параметр, характеризующий величину магнитной помехи, не учитывает изменение активного сопротивления катушек, зависящее от их температуры.
Задачей, решаемой изобретением, является создание способа измерения расхода текучих сред с более достоверным измерением внешней магнитной помехи.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе так же, как и в известном, измеряют напряжение на электродах первичного преобразователя расхода, пропорциональное скорости измеряемой среды в измерительном канале, пересекающей при движении поле электромагнита, измеренную величину преобразуют в цифровом виде программно-аппаратным образом в блоке управления в единицы расхода жидкости, периодически измеряют напряжение, пропорциональное току, через катушки электромагнита в режиме установившегося тока и напряжение на катушках во время переходного процесса, определяют программно-аппаратным образом значение индуктивности, которое сравнивают с заранее предустановленным эталонным значением. Но, в отличие от известного, в предлагаемом способе одновременно с измерением напряжения во время переходного процесса измеряют ток в катушках, по которому определяют падение напряжения на активном сопротивлении катушек, а индуктивность определяют на основе вычисления разности напряжений на катушках и на их активном сопротивлении.
Достигаемым техническим результатом является увеличение достоверности контроля работы электромагнитного расходомера за счет увеличения точности определения величины магнитной помехи, влияющей на показания расходомера.
Изобретение основано на следующем. В качестве параметра, определяющего наличие и величину влияния посторонних магнитных полей, использована величина индуктивности катушек электромагнита, а этот параметр определяется по напряжению U на обмотке. Само значение индуктивности практически не зависит от температуры, но напряжение на ней зависит от температуры из-за большого значения температурного коэффициента сопротивления, свойственного меди, которая, в основном, используется в катушках электромагнитых расходомеров. В данном способе учитывается влияние на величину измеренного напряжения падение напряжения на активном сопротивлении катушек. Напряжение на катушках во время переходного процесса описывается формулой: , где L - индуктивность катушек, R - активное сопротивление катушек. Отсюда следует, что при измерении напряжения во время переходного процесса с одновременным измерением тока и дополнительном учете сопротивления катушек можно получить значение индуктивности, в котором не будет присутствовать температурная составляющая. При этом сопротивление катушек вычисляется как отношение измеренных после окончания переходного процесса значений напряжения на катушках на значение тока через них.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлен вариант функциональной схемы электромагнитного расходомера, в котором может быть реализован предлагаемый способ.
Электромагнитный расходомер содержит первичный электромагнитный преобразователь расхода с трубопроводом 1 с электродами 2, помещенный в зазоре катушек 3 электромагнита. Электроды 2 соединены через усилитель 4 и первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 с первым входом блока управления 6, с первого выхода которого данные, соответствующие измеренному расходу, поступают на внешний интерфейс, а второй выход соединен через коммутируемый источник тока 7 с катушками индуктивности 3. Ток через катушки измеряется датчиком тока 8, который соединен со вторым АЦП 9. Сигнал напряжения на катушках 3 измеряется третьим АЦП 10, выход которого подсоединен к первому входу вычислителя индуктивности 11, выход которого соединен со вторым входом блока управления 6, остальные выходы которого соединены с одним или несколькими внешними интерфейсами, например: устройство индикации 13, импульсный выход 14 или цифровой интерфейс 15. Вторым входом вычислитель индуктивности 11 соединен с выходом второго АЦП 9, а его выход соединен с пороговым устройством 12, выход которого соединен со входом блока управления 6.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Измеряемая жидкость пересекает при своем движении магнитное поле электромагнита, и на электродах 2 первичного преобразователя возникает напряжение, пропорциональное скорости измеряемой среды, которое преобразуется в цифровую форму в АЦП 5 и поступает в блок управления 6, в котором вычисляется значение расхода на основании измеренного на электродах напряжения. Эти значения отображаются на одном из интерфейсов.
Для определения влияния посторонних магнитных полей на результат измерения расхода после завершения переходного процесса измеряют ток и напряжение на катушках 3, по отношению значений которых определяется сопротивление катушек R, кроме того, во время переходного процесса измеряют напряжение U на катушках, значение которого поступает в цифровом виде через АЦП 10 на первый вход вычислителя индуктивности 11. Одновременно с измерением напряжения во время переходного процесса датчиком тока 8 измеряют ток в катушках и определяют напряжение, равное i×R, на действующем значении активного сопротивления катушек. Соответствующий этому напряжению сигнал попадает на второй вход вычислителя индуктивности 11 через АЦП 9. В результате программной или аппаратной обработки этих сигналов на вход порогового устройства 12 приходит сигнал, соответствующий значению индуктивности катушек с учетом влияния температуры. Пороговое устройство производит сравнение полученного значения индуктивности с эталонным значением, сохраненным в его памяти во время первичной настройки расходомера при его производстве. Результат сравнения через блок управления 6 поступает, по крайней мере, на один внешний интерфейс, например устройство индикации.
Таким образом, предложен способ контроля измерения расхода, в котором увеличена достоверность контроля посторонних магнитных полей за счет учета влияния температуры катушек.