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). Для обеспечения точности измерения общий провод расходомера и измеряемая среда должны иметь близкие или равные электрические потенциалы. В случае отсутствия равенства потенциалов возможное протекание токов через жидкость и цепи электродов вызывает ухудшение метрологических характеристик и электрохимическую коррозию электродов.
Известен электромагнитный расходомер (RU, патент №130069), содержащий первичный преобразователь расхода, в который входят электромагнитные катушки, измерительный трубопровод и электроды, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь тока, микроконтроллер, включающий в себя демодулятор, фильтр, блока вычисления расхода, формирователь модулирующего сигнала, и блок индикации. В данном устройстве не предусмотрено выравнивание потенциалов между общим проводом расходомера и измеряемой средой, что может приводить к большим погрешностям измерений.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является расходомер ЛайтМ (Расходомер - счетчик электромагнитный ВЗЛЕТ ЭР (ЛайтМ), http://vzljot.ru/catalogue/details?id=177). Электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь расхода, в состав которого входит электромагнитная система с катушками, трубопровод и электроды. Катушки электромагнита первичного преобразователя соединены с выходами формирователя тока, управляемого микроконтроллером. Электроды расходомера последовательно соединены с дифференциальным усилителем и микроконтроллером, который имеет выход к интерфейсу. Для обеспечения точности измерения расхода общий провод расходомера и измеряемая среда должны иметь близкие по величине потенциалы для обеспечения точности измерений и исключения коррозии электродов. Для этого общий провод электромагнитного расходомера электрически соединен с фланцами трубопровода. Однако не предусмотрена система контроля за наличием и качеством контакта, обеспечивающего выравнивание потенциалов, неисправность которого приведет к нежелательному протеканию токов, ухудшению метрологических характеристик и, следовательно, к уменьшению достоверности измерений.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание электромагнитного расходомера, в котором осуществлен контроль равенства потенциалов измеряемой жидкости и общего провода электромагнитного расходомера.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый расходомер так же, как и известный, содержит первичный преобразователь расхода, в состав которого входит электромагнитная система с катушками, трубопровод и электроды, и в котором реализовано выравнивание потенциалов общего провода электромагнитного расходомера и измеряемой среды, причем электроды первичного преобразователя соединены через последовательное соединение первого усилителя с первым входом микроконтроллера, а к катушкам электромагнитной системы подключен формирователь тока, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен с интерфейсом. Но, в отличие от известного, в предлагаемый расходомер дополнительно введен формирователь тестовых сигналов, включенный между электродами первичного преобразователя и третьим выходом микроконтроллера, и второй усилитель сигнала контроля, включенный между электродами первичного преобразователя и вторым входом микроконтроллера, при этом четвертый выход микроконтроллера соединен с интерфейсом сигнала контроля, а в качестве первого усилителя использован дифференциальный усилитель.
Техническим результатом является повышение достоверности результатов измерения расхода за счет реализации контроля равенства потенциалов измеряемой жидкости и расходомера, достигаемое за счет того, что на каждом из электродов расходомера поочередно формируется тестовый сигнал, по видоизменению которого на втором, приемном, электроде можно определить наличие и качество контакта фланцев трубопровода и общего провода расходомера.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1. - схема электромагнитного расходомера с контролем равенства потенциалов, фиг. 2. - схематическое представление видоизменения тестового сигнала в зависимости от наличия или отсутствия контакта.
Электромагнитный расходомер, схематически показанный на фиг. 1., содержит первичный преобразователь 1 расхода, в состав которого входит электромагнитная система с катушками 2, трубопровод 3 с электродами 4а и 46. Электроды расходомера соединены через последовательное соединение первого - дифференциального - усилителя 5, с первым входом микроконтроллера 6, включающим в себя аналого-цифровой преобразователь АЦП, поскольку с усилителя 5 поступает аналоговый сигнал. Например, можно использовать микроконтроллер MSP430F6723IPN. Микроконтроллер 6 имеет 4 выхода. Первый выход соединен с формирователем тока 7, подсоединенным к катушкам 2 электромагнитной системы. Второй - с интерфейсом 8, третий - с формирователем тестовых сигналов 9, поочередно подающим импульсы на электроды 4а и 46 преобразователя 1. Четвертый выход микроконтроллера соединен с интерфейсом сигнала контроля 10. Параллельно дифференциальному усилителю 5 между выходом расходомера 1 и входом микроконтроллера 6 подключен усилитель сигнала контроля 11.
При измерении расхода ток возбуждения катушек электромагнитной системы поступает с формирователя тока 7 на катушки индуктивности, а сигнал расхода поступает с электродов 4 первичного преобразователя через дифференциальный усилитель 5 на первый вход микроконтроллера 6, и измеренное значение расхода передается через внешний интерфейс расходомера 8. На электроды первичного преобразователя поступают импульсы тестового сигнала
Формирователь тестового сигнала 9, управляемый микроконтроллером 6, поочередно подает импульсы то на один электрод 4а, то на второй электрод 46 первичного преобразователя расхода 1. Тестовый сигнал является синфазным, поэтому он не проходит через дифференциальный усилитель 5. На втором электроде осуществляется прием электрического сигнала, который обрабатывается в микроконтроллере 6 после прохождения усилителя сигнала контроля 11. Видоизменения тестового сигнала при прохождении от электрода 4а к электроду 46 показаны на фиг.2. При наличии контакта между фланцами трубопровода и общим проводом форма тестового сигнала изменятся, как показано на фиг. 2.б. При отсутствии контакта амплитуда сигнала резко возрастает (фиг. 2.в), сигнал проходит через усилитель И сигнала контроля и микроконтроллер 6. При отсутствии контакта интерфейс сигнала контроля 10 передает это состояние. Индикация состояния контакта может осуществляться различными способами: с помощью индикатора, логического уровня, звукового сигнала и проч. Частота тестовых сигналов много больше 50 Гц. Фильтрация частоты тестового режима от промышленной частоты позволяет уменьшить погрешность результатов.
На фиг. 2 схематически представлен тестовый сигнал (фиг. 2.а) и его видоизменение при наличии и отсутствии контакта между общим проводом электромагнитного расходомера и фланцев трубопровода. При наличии контакта выходной тестовый сигнал электродов убывает до величины, близкой к нулю (фиг. 2.б). При отсутствии контакта амплитуда сигнала резко возрастает (фиг. 2.в).
Таким образом в электромагнитном расходомере достигается технический результат - повышение достоверности измерения расхода за счет контроля равенства потенциалов измеряемой жидкости и преобразователя.