ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения расхода жидких электропроводящих сред, в частности, может быть использована в счетчиках расхода воды.
В основе действия электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, при этом измеряется ЭДС, индуцируемая в жидкости при пересечении ею магнитного поля. Для этого в участок трубопровода, изготовленного из немагнитного материала, покрытого изнутри неэлектропроводной изоляцией и помещенного между полюсами электромагнита, вводятся два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля и измеряют разность потенциалов на электродах, которая прямо пропорциональна средней скорости и объемному расходу жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ. Справочник, книга 2-ая; издательство «Политехника»; 2004; стр.302).
Известен электромагнитный расходомер (RU, патент №12240), содержащий первичный преобразователь расхода, предварительный усилитель, источник опорного напряжения, формирователь тока, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикатор и формирователь сигнала интерфейса. При этом выходы формирователя тока соединены со входами (обмоткой возбуждения) первичного преобразователя расхода. Выходы (электроды) первичного преобразователя соединены со входами усилителя, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Выход АЦП соединен с информационным входом микроконтроллера. Первый выход микроконтроллера соединен с управляющим входом формирователя тока. Выходы микроконтроллера соединены с информационными входами индикатора. Двунаправленные вход-выходы микроконтроллера соединены с информационными входами формирователя сигнала интерфейса.
Недостатком данного расходомера является зависимость показаний расхода от влияния электромагнитных полей расходомеров, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Такая ситуация типична при поверке серийных приборов на испытательном стенде.
Указанный недостаток отсутствует в электромагнитном расходомере (RU, патент №115885), который по совокупности существенных признаков наиболее близок к предлагаемому. В известном расходомере с выхода первичного преобразователя поступает модулированный сигнал. В каждом отдельном расходомере производится модуляция с различными параметрами.
Известный электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь расхода, усилитель, формирователь тока, АЦП, микроконтроллер, выход которого соединени с интерфейсом, а в состав микроконтроллера входят фильтр, формирователь модулирующего сигнала, модулятор опорного напряжения и блок вычисления расхода, источник опорного напряжения,. При этом выходы формирователя тока соединены со входами первичного преобразователя, его выход соединен через последовательное соединение усилителя и АЦП со входом микроконтроллера, 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.
Известный преобразователь обладает независимостью показаний расхода от влияния электромагнитных полей расходомеров, расположенных в непосредственной близости друг от друга, но в нем использованы не все возможности повышения точности измерения расхода.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый электромагнитный расходомер, так же, как и известный, содержит первичный преобразователь расхода, выход которого соединен через последовательное соединение усилителя и АЦП с микроконтроллером, выход которого соединен с интерфейсом, а в состав микроконтроллера входят фильтр, блок вычисления расхода и формирователь модулирующего сигнала, источник опорного напряжения, формирователь тока, вход которого соединен с формирователем модулирующего сигнала, а выходы соединены со входами первичного преобразователя. Но, в отличие от известного, в предлагаемом расходомере источник опорного напряжения, соединен со вторым входом АЦП, на входе основе микроконтроллера сформирован демодулятор, первый вход которого соединен с выходом АЦП, а второй вход соединен с формирователем модулирующего сигнала, выход демодулятора соединен с фильтром, который соединен с блоком вычисления расхода.
Техническим результатом является повышение точности расходомера, за счет того, что в предлагаемом устройстве операция обработки двух аналоговых сигналов в АЦП заменена на цифровую обработку в демодуляторе, поскольку точность цифровой обработки выше точности аналоговой обработки.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором приведена структурная схема предлагаемого электромагнитного расходомера.
Электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь 1 расхода, в состав которого входит электромагнитная система с катушками 2, трубопровод 3 с электродами 4. Выходы расходомера соединены через последовательное соединение усилителя 5, АЦП 6, снабженного источником 7 опорного напряжения, с микроконтроллером 8, в котором сформированы демодулятор 9, фильтр, блок вычисления расхода и формирователь модулирующего сигнала. Выход демодулятора соединен с фильтром 10, который соединен с блоком 11 вычисления расхода, а выход формирователя 12 модулирующего сигнала, соединен с первым входом демодулятора, ко второму входу которого подсоединен выход АЦП. Микроконтроллер обеспечивает вывод измерительной информации через внешний интерфейс 13. Входы первичного преобразователя 1 (катушки электромагнита) соединены с выходами формирователя тока 14, вход которого соединен с выходом формирователя модулирующего сигнала 12.
Электромагнитный расходомер работает следующим образом.
С электродов первичного преобразователя на вход усилителя 5 поступает сигнал, частота и фаза которого определяется модулирующим сигналом формирователя тока 14, закон которого, в свою очередь, задан формирователем 12 модулирующего сигнала. Преобразованный в АЦП 6 в цифровую форму, сигнал поступает на вход демодулятора 9, на другой вход которого поступает сигнал от формирователя 12 модулирующего сигнала, т.е. на оба входа демодулятора поступают сигналы с одинаковой модуляцией в цифровом виде. Последующая фильтрация убирает помехи, вызванные влиянием электромагнитных систем соседних расходомеров. За счет такой обработки повышается точность вычисления расхода, т.е. повышается точность измерения расхода.
Рассматриваемый расходомер, предназначен для серийного производства, и, следовательно, для массового потребления. В этом случае, одним из определяющих факторов является себестоимость устройства. Приведенная функциональная схема позволяет выполнить почти все функциональные элементы, кроме формирователя тока 10 с первым источником опорного напряжения 11 и усилителя 5, на одной микросхеме, например MCP430F6723, на которой могут быть сформированы все блоки, включая АЦП со вторым источником опорного напряжения.