ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода с помощью электромагнитных расходомеров.
Известен магнитоиндукционный расходомер (RU 2410646 С2, 27.01.2011, принятый за прототип), состоящий из первичного блока и вторичного электронного блока. Первичный блок содержит измерительный канал, состоящий из измерительной трубы с изоляционной вставкой, компенсационных колец, измерительных электродов и намагничивающих катушек. Вторичный электронный блок состоит из микроконтроллера, который соединен с блоком намагничивания, включающего накопитель электрической энергии и управляемый источник тока, измерительного блока, состоящего из инструментального усилителя и интегратора, причем измерительный блок подключен через фильтр низких частот к аналого-цифровому преобразователю, выход которого соединен с микроконтроллером. Также вторичный электронный блок содержит блок питания, блок памяти, блок передачи данных, индикатор, соединенные с микроконтроллером.
Данное устройство имеет следующие недостатки: отсутствует контроль наличия жидкости в измерительной трубе; отсутствует защита электронной схемы от короткого замыкания намагничивающих катушек или обрыва проводов между электронным блоком и катушками; увеличение погрешности измерения расхода жидкости из-за отсутствия измерений тока намагничивания катушек и компенсации смещения нуля усилителя сигнала с электродов, а также из-за изменения полезного сигнала за время измерения напряжения на выходе усилителя; невозможность измерения малых скоростей потока жидкости из-за недостатка усиления полезного сигнала с электродов и невозможности автоматического изменения диапазона измерения; невозможность автоматического определения направления потока жидкости.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, а именно: повышение точности измерений за счет непосредственного измерения тока намагничивания катушек и уменьшения смещения нуля усилителей электронного блока, а также за счет введения автоматически переключаемых диапазонов измерения и устройства выборки - хранения на входе аналого-цифрового преобразователя; возможность измерения с высокой точностью малых скоростей потока жидкости; автоматическое определение направления потока жидкости; и контроль наличия жидкости в измерительной трубе.
Технический результат достигается тем, что электромагнитный расходомер жидкости содержит первичный электромагнитный преобразователь расхода жидкости с электромагнитными катушками и электродами, выходы которых соединены со входами инструментального усилителя, а также содержащий блок питания, блок памяти, блок передачи данных и индикатор, соединенные с микроконтроллером. Дополнительно введены блок определения наличия жидкости, цифровые выходы которого соединены с входами микроконтроллера, а аналоговые входы соединены с электродами первичного преобразователя и источником питания (на чертеже не показано), при этом выход первого усилителя соединен с входом микроконтроллера; первый аналоговый ключ, включен последовательно между выходом инструментального усилителя и первым входом первого интегратора; второй усилитель, первый вход которого соединен через конденсатор с выходом инструментального усилителя, а второй вход соединен с выходом источника опорного напряжения, вторым входом второго интегратора, вторым входом первого интегратора и выходом второго аналогового ключа, вход которого соединен с первым входом второго усилителя, причем выход второго усилителя соединен с входом третьего аналогового ключа, выход которого соединен с первым входом второго интегратора и входом четвертого аналогового ключа, выход которого соединен с выходом второго интегратора и входом усилителя с изменяемым коэффициентов усиления; устройство защиты от короткого замыкания катушки преобразователя включенное между блоком питания и силовым ключом, выход которого соединен с одним из выводов катушки первичного преобразователя, второй выход катушки соединен через датчик тока с общим выводом источника питания, при этом управляющий вход силового ключа соединен с выходом микроконтроллера.
На фиг.1 представлена схема заявленного устройства.
Электромагнитный расходомер жидкости содержит первичный электромагнитный преобразователь 1 расхода жидкости с электромагнитным индуктором и электродами, выходы которых соединены со входами инструментального усилителя 2. Также устройство содержит блок питания, блок памяти, блок передачи данных и индикатор, соединенные с микроконтроллером. Аналоговый мультиплексор 3 (блок определения наличия жидкости) предназначен для определения наличия жидкости в трубопроводе с помощью определения пороговой проводимости жидкости между электродами преобразователя расхода с помощью компаратора 4. Цифровые входы аналогового мультиплексора соединены с выходами микроконтроллера, аналоговые входы соединены с электродами преобразователя расхода 1 и и через резистор 18 с источником питания 13, а аналоговый выход соединен с входом компаратора 4, выход которого соединен с входом микроконтроллера. Электроды первичного преобразователя соединены входами инструментального усилителя 2, выход которого соединен с выводом конденсатора 8 и с аналоговым входом ключа 5.1, аналоговый выход которого соединен с первым входом первого интегратора 6, служащего для обеспечения режима автоматической компенсации влияния проводимости жидкости и пульсаций потока жидкости на смещение нуля первого каскада усиления. Выход первого интегратора 6 соединен с входом опорного напряжения инструментального усилителя 2.
Второй вывод конденсатора 8 соединен с выходом ключа 5.2 и первым входом усилителя 7, обеспечивающего расширение динамического диапазона измерительного тракта. Второй вход усилителя 7 соединен со вторым входом первого интегратора 6, вторым входом второго интегратора 10, вторым входом программируемого усилителя 11, входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя 17 и выходом источника опорного напряжения 9, введенного с целью обеспечения измерения сигналов разной полярности на выходе первичного преобразователя при смене направления движения жидкости. Выход усилителя 7 через ключ 5.3 соединен с первым входом второго интегратора, который выполняет две функции: в режиме интегратора обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех, а в режиме устройства выборки-хранения обеспечивает стабильное напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя. Ключ 5.4, включенный между входом и выходом второго интегратора, обеспечивает разряд конденсатора интегратора. Выход второго ключа 5.2, обеспечивающего уменьшение влияния накопления заряда на проходном конденсаторе 8 на смещение нуля измерительного тракта, соединен с выходом источника опорного напряжения 9.
Выход второго интегратора 10 соединен с первым входом программируемого усилителя 11, обеспечивающим несколько диапазонов измерения расхода жидкости, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 17, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, третий вход которого соединен с выходом усилителя тока 16 индуктора преобразователя расхода 1.
Устройство защиты 12 от короткого замыкания индуктора преобразователя 1, включено между блоком питания 13 и входом силового ключа 14, выход которого соединен с входом индуктора преобразователя расхода 1. Выход индуктора соединен с первым выводом датчика тока индуктора 15 и с входом усилителя 16, выход которого соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя 18. Второй вывод датчика тока 15 соединен с общим проводом и четвертым входом аналого-цифрового преобразователя 17. Цифровые входы и выходы аналого-цифрового преобразователя 17 и управляющие входы программируемого усилителя соединены с входами-выходами микроконтроллера.
Заявляемый электромагнитный расходомер работает следующим образом. При прохождении электропроводящей жидкости через импульсное магнитное поле первичного электромагнитного преобразователя расхода (ЭП) на его электродах появляются импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна скорости потока жидкости. Эти импульсы усиливаются, фильтруются от помех и преобразуются в электронном блоке расходомера в цифровой код, который может быть передан во внешние устройства по стандартному цифровому, импульсно-частотному или аналоговому интерфейсам.
Таким образом, совокупность всех существенных признаков предложенного электромагнитного расходомера жидкости позволяет получить заявленный технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей.