ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР
ELECTROMAGNET FLOW METRE

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам), и может быть использовано в счетчиках воды, кислот, щелочей, молока, пива.
Электромагнитные расходомеры базируются на измерении разности электрических потенциалов, образующихся на электродах, контактирующих с потоком движущейся жидкости, расположенных перпендикулярно как линиям магнитного поля, так и направлению движения потока жидкости. Величина потенциалов определяется выражением:
<mrow><mi>E</mi><mo>=</mo><mi>B</mi><mo>⋅</mo><mi>D</mi><mo>⋅</mo><mi>V</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где B - индукция магнитного поля, D - расстояние между электродами, V - скорость движения контролируемой жидкости.
Из выражения (1) видно, что величина разности потенциала прямо пропорциональна скорости движения жидкости, а значит, и расходу. Таким образом, измеряя потенциал, определяют расход жидкости.
Известен электромагнитный расходомер, содержащий первичный измерительный преобразователь, состоящий из немагнитной трубы с установленными в ней диаметрально противоположно двумя электродами и формирователя магнитного поля, а также передающий измерительный преобразователь, отличающийся тем, что формирователь магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита, а передающий измерительный преобразователь содержит блок сравнения, вход которого соединен с одним из электродов первичного измерительного преобразователя, блок формирования импульса "Запись", вход которого соединен с выходом блока сравнения, реверсивный счетчик, вход которого соединен с выходом блока сравнения, блок формирования импульса "Сброс", вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования импульса "Сброс", а выход через потенциометр соединен с другим электродом первичного преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с входами цифроаналогового преобразователя и реверсивного счетчика, блок памяти, входы которого соединены с выходами блока формирования импульса "Запись" и реверсивного счетчика, блок индикации, вход которого соединен с выходом блока памяти, блок формирования унифицированного сигнала, вход которого соединен с выходом блока памяти, RU 2080560 C1.
Недостатком этого расходомера является сложность схемы преобразования сигналов, а также низкая помехозащищенность устройства.
Известен электромагнитный расходомер, содержащий первичный электромагнитный преобразователь расхода, включающий магнитную систему с катушками, в зазоре которой установлены трубопровод с электродами, расположенными с противоположных сторон трубопровода и подсоединенными к измерительной схеме, соединенной со схемой контроля для управления током питания магнитной системы, и дополнительный трубопровод с электродами, расположенными с противоположных сторон дополнительного трубопровода и подсоединенными ко входу измерительной схемы, при этом дополнительный трубопровод с измерительной схемой образуют 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, измерительный резистор, блок отображения, соединенный с измерительной схемой, отличающийся тем, что измерительная схема содержит последовательно соединенные коммутатор аналоговых сигналов, со входами которого соединены электроды, расположенные на трубопроводах, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, управляющий коммутатором, а схема контроля включает в себя источник тока питания катушек магнитной системы, управляемый микропроцессором совместно с ШИМ-регулятором, и АЦП, служащий для передачи на вход микропроцессора напряжения, полученного преобразованием тока питания измерительным резистором, RU 2295706 C2.
Недостатком этого устройства является большая чувствительность к помехам с частотой, близкой к частоте питания катушек магнитной системы.
Известен электромагнитный расходомер, состоящий из первичного преобразователя расхода, формирователя напряжения возбуждения, включающего генератор цикла, блока питания с выходным ключом, управляемым генератором цикла, предварительного усилителя, служащего для усиления импульсов напряжения, поступающих с электродов первичного преобразователя, выходной сигнал с которого поступает в блок преобразования импульсного сигнала в постоянное напряжение, пропорциональное величине расхода жидкости, П.П.Кремлевский «Расходомеры и счетчики количества», Л., 1989, с.429, 430.
Данному техническому решению присущ тот же недостаток, что и устройству RU 2295706 C2.
Известен также электромагнитный расходомер, содержащий первичный преобразователь расхода, предварительный усилитель, микроконтроллер, формирователь тока, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), источник опорного напряжения, индикатор, формирователь сигнала интерфейса, RU 12240 U1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Устройство обеспечивает получение информации в цифровом коде; недостатком этого устройства является влияние электромагнитного поля, создаваемого катушками магнитной системы первичного преобразователя расхода на работу одного или более расходомеров, расположенных в непосредственной близости друг к другу, что обусловливает увеличение погрешности измерений.
Задачей настоящего изобретения является снижение погрешности измерений, обусловленной влиянием расходомеров на работу друг друга.
Согласно изобретению электромагнитный расходомер, содержащий первичный преобразователь расхода, предварительный усилитель, формирователь тока, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, индикатор и источник опорного напряжения, при этом выходы формирователя тока соединены со входами первичного преобразователя расхода, выходы которого соединены со входами предварительного усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход которого соединен со входом индикатора, дополнительно снабжен формирователем модулирующего сигнала и модулятором опорного напряжения, при этом выход источника опорного напряжения соединен с первым входом модулятора опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом формирователя модулирующего сигнала, а выход соединен со входом формирователя тока и со вторым входом АЦП.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному изобретению, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства.
Электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь 1 расхода жидкости, включающий магнитную систему с катушками 2, в зазоре которой установлен трубопровод 3 с электродами 4; устройство также содержит предварительный усилитель 5, выполненный в конкретном примере на микросхеме АД 620, формирователь 6 тока на базе микросхемы DRY 8811, аналогово-цифровой преобразователь 7. В данном примере в качестве АЦП 7 использована микросхема ADS 1242, микроконтроллер 8 типа MSP430F169. Устройство также содержит жидкокристаллический индикатор 9 и источник 10 опорного напряжения, в частности, реализованный с использованием линейного стабилизатора LM431. Выходы формирователя 6 тока соединены со входами первичного преобразователя 1 расхода (катушками 2 магнитной системы). Выходы первичного преобразователя 1 расхода (электроды 4) соединены со входами предварительного усилителя 5, выход которого соединен с первым входом АЦП 7. Выход АЦП 7 соединен со входом микроконтроллера 8, первый выход которого соединен со входом индикатора 9. Электромагнитный расходомер включает формирователь 11 модулирующего сигнала и модулятор 12 опорного напряжения, выполненные на основе микроконтроллера MSP430F169. Выход источника 10 опорного напряжения соединен с первым входом модулятора 12 опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом формирователя 11 модулирующего сигнала, вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера 8. Выход модулятора 12 опорного напряжения соединен со входом формирователя 6 тока и со вторым входом АЦП 7.
Устройство работает следующим образом. При протекании электропроводной жидкости через трубопровод 3, находящийся в зазоре между катушками 2 магнитной системы, на электродах 4 индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), величина которой прямо пропорциональна скорости движения этой жидкости. Параметры электромагнитного поля, создаваемого катушками 2, определяются током, поступающим на них от формирователя 6 тока. Характеристики этого тока зависят от сигнала, поступающего на вход формирователя 6 тока от источника 10 опорного напряжения через модулятор 12 опорного напряжения. Параметры модуляции этого сигнала определяются формирователем 11 модулирующего сигнала. ЭДС, возникающая на электродах 4, поступает на входы предварительного усилителя 5, с выхода которого сигнал поступает на первый вход АЦП 7. На второй вход АЦП 7 поступает сигнал с выхода модулятора 12 опорного напряжения, одновременно с поступлением этого сигнала на вход формирователя 6 тока. В АЦП 7 происходит преобразование сигналов в цифровой код. Сигнал в цифровой форме на выходе АЦП 7 соответствует амплитуде модулированного аналогового сигнала на его входе. Этот сигнала поступает в микроконтроллер 8, где происходит обработка - фильтрация помех и выделение полезного сигнала, а также вычисление расхода жидкости, протекающей через трубопровод 3. Информация отображается на индикаторе 9. В каждом отдельном электромагнитном расходомере с помощью задающего параметра модуляции формирователя 11 и осуществляющего модуляцию модулятора 12 происходит модуляция с различными параметрами канала опорного напряжения, питающего катушки 2 магнитной системы. При этом в микроконтроллере 8 выделяется только полезный сигнал, то есть сигнал с модуляцией, определяемой формирователем 11 модулирующего сигнала данного расходомера, а сигналы являющиеся помехами, возникающими вследствие работы других, смежных, расходомеров, подавляются (фильтруются), поскольку имеют другие параметры модуляции.
Таким образом, отличительные признаки изобретения обусловливают важное новое свойство изобретения, состоящее в устранении взаимного влияния электромагнитного поля катушек 2 магнитной системы расходомеров, расположенных вблизи друг от друга, что существенно снижает погрешность измерений. Указаные новое свойство объекта обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Промышленная применимость».