Расходомер на основе электромагнитного датчика расхода
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ность потенциалов Е на электродах 3 и 5 определяются уравнением:
(1.5)
где В - магнитная индукция;
D- расстояние между концами электродов , равное внутреннему диаметру трубопровода;
v и Q0- средняя скорость и объёмный расход жидкости.
Таким образом , измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объёмному расходу Q0. Для учета краевых эффектов , вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы , уравнение умножается на поправочные коэффициенты км и ки , обычно весьма близкие к единице.
Достоинства электромагнитных расходомеров : независимость показаний от вязкости и плотности измеряемого вещества , возможность применения в трубах любого диаметра , отсутствие потери давления , линейность шкалы , необходимость в меньших длинах прямых участков труб , высокое быстродействие , возможность измерения агрессивных , абразивных и вязких жидкостей. Но электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара , а также жидкостей диэлектриков , таких как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для измерения расхода жидкостей , у которых удельная электрическая проводимость не менее .
Счётчики
По принципу действия все счётчики жидкостей и газов делятся на скоростные и объёмные .
Скоростные счётчики устроены таким образом , что жидкость , протекающая через камеру прибора ,приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока , следовательно , и расходу.
Объёмные счетчики устроены следующим образом: поступающая на прибор жидкость (или газ) измеряется отдельными , равными по объёму дозами , которые потом суммируются .
2. Разработка и выбор функциональной схемы устройства.
Датчик электромагнитного расходомера состоит из катушки индуктивности с сердечником , создающей магнитное поле , и электродов , вмонтированных в трубу , с которых снимается полезный сигнал. Для разработки структурной схемы необходимо рассмотреть векторную диаграмму токов и напряжений датчика. Схема замещения реальной катушки индуктивности представлена на рисунке.2.1, где:
Рисунок 2.1- Схема замещения реальной катушки индуктивности
- активное сопротивление обмотки катушки индуктивности- сопротивление, учитывающее потери в стали
Построим для этой схемы векторную диаграмму токов и напряжений. Векторная диаграмма токов и напряжений представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2- Векторная диаграмма токов и напряжений
На диаграмме изображён сигнал , снимаемый с электродов Uэ и представляющий собой сумму двух сигналов: полезного сигнала Uпол и трансформаторной ЭДС Uтр.
Эквивалентная схема подключения электродов датчика для снятия информационного сигнала изображена на рис.2.3
Рисунок 2.3- Схема подключения датчика для снятия информационного сигнала
Для этой схемы должно выполняться условие: входное сопротивление измерительного усилителя должно быть на несколько порядков выше сопротивления датчика.
Сигнал, снимаемый с электродов содержит в себе полезную составляющую которая описывается формулой:
(2.1)
где - магнитная индукция
- расстояние между электродами
- скорость потока и трансформаторной ЭДС
(2.2)
где - площадь контура образуемого подводящими проводниками, находящимися в магнитном поле
- частота магнитного поля пронизывающего движущийся поток жидкости.
На рисунке 2.4 представлена примерная структурная схема расходомера на основе электромагнитного датчика расхода.
Рисунок 2.4- Структурная схема расходомера на основе электромагнитного датчика расхода
ГСК -генератор синусоидальных колебаний;
ИП - источник питания;
ПНТ- преобразователь напряжение - ток;
Инд - индуктор;
Э1,Э2 - электроды;
Ус- усилитель;
ПТН - преобразователь ток-напряжение;
ФСУ - фазосдвигающее устройство;
ФУН- формирователь управляющего напряжения;
ФЧВ- фазочувствительный выпрямитель;
Ф-фильтр;
МК- микроконтроллер;
УИ- устройство индикации;
Кл - клавиатура.
Описание предполагаемой работы устройства
С генератора синусоидальных колебаний через преобразователь напряжение - ток сигнал подаётся на индуктор , который отвечает за создание рабочего магнитного потока. Индуктор представляет собой две катушки индуктивности. При подаче на катушки тока возбуждения создается магнитное поле, которое наводит в электропроводной жидкости, движущейся в трубе, ЭДС. Значение ЭДС, пропорциональное скорости движения жидкости, а, значит, и расходу, снимается с двух измерительных электродов, расположенных напротив друг друга в диаметральной плоскости трубы.
Полезный сигнал ,снятый с двух электродов датчика, усиливается и поступает на фазочувствительный выпрямитель; также на него подаётся прямоугольный сигнал с с индуктора через преобразователь ток-напряжение, фазосдвигающее устройство и формирователь управляющего напряжения.
Далее сигнал отфильтровываем ,делая его таким образом пригодным для дальнейшей его обработки АЦП, который необходим чтобы преобразовать аналоговые показания с датчика в двоичный код. Микроконтроллер производит обработку получаемой информации, вычисляет необходимые значения функций :скорости потока , накопленный расход и регистрирует моторное время и расход , пересылает при необходимости информацию на ПК, выводит данные