ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ЖИДКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК G01F1/32 

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидкостей с ионной и электронной проводимостью и может быть использовано для измерения расхода и количества воды, растворов солей, щелочей, кислот, жидких металлов и т.п. в теплоснабжении, водоснабжении, энергетике, химической, пищевой и др. отраслях промышленности. Возможно его использование также для диэлектрических жидкостей, например, нефтепродуктов.

Известен электромагнитный вихревой расходомер, включающий в себя тело обтекания, установленное по диаметру трубопровода, генерирующее вихри Кармана, и размещенный за телом обтекания электромагнитный преобразователь, выполненный по классической схеме электромагнитного расходомера магнитная система или обмотка с током, создающая постоянное магнитное поле с силовыми линиями, перпендикулярными направлению потока и два электрода, установленные на внутренней поверхности неэлектропроводной стенки на концах диаметра, перпендикулярного направлению силовых линий магнитного поля [1] Недостатком описанного вихревого расходомера является низкая чувствительность, что обусловлено неоптимальным взаимным расположением элементов устройства, и высокая материалоемкость магнитной системы, охватывающей трубопровод.

Цель изобретения повышение чувствительности и снижение материалоемкости устройства.

Цель достигается тем, что в известном вихревом расходомере-счетчике жидкости, содержащем трубопровод из немагнитного материала с телом обтекания, ось которого перпендикулярна оси трубопровода, источник магнитного поля, чувствительный элемент в виде двух электродов, электроконтактного или емкостного типа, по крайней мере, один из которых размещен в области приложения магнитного поля, и блок обработки сигналов, источник магнитного поля выполнен в виде двухполюсного магнита, полюса которого размещены последовательно вдоль линии пересечения наружной поверхности трубы с плоскостью продольных осей трубопровода и тела обтекания, а электроды, размещенные в области приложения магнитного поля, установлены между полюсами магнита на стенке трубы или вблизи ее внутренней поверхности на линии, параллельной продольной оси трубы; один или оба электрода, размещенные между полюсами магнита, выполнены плоскими, один или оба электрода, размещенные между полюсами магнита, выполнены точечными.

Относительно прототипа устройство обладает оптимальным размещением элементов тела обтекания, источника магнитного поля и электродов, взаимное расположение которых определено с учетом особенностей пространственного распределения индуцированного электрического поля при взаимодействии вихревой дорожки кармана с приложенным магнитным полем. Предлагаемая компоновка устройства обеспечивает высокую амплитуду выходного сигнала, т.е. высокую чувствительность.

Магнитная система в устройстве является более компактной по сравнению с прототипом, поскольку не требует полного охвата трубопровода. На практике расстояние по образующей трубы между полюсами магнита составляет порядка половины диаметра трубопровода.

Материалоемкость магнитной системы значительно меньше, особенно при реализации устройства для трубопроводов большого диаметра, так как имеет место кубическая зависимость массы магнитной системы от значения диаметра трубопровода.

Устройство работоспособно как с точечными, так и с плоскими электродами. Применение плоских электродов предпочтительнее, поскольку снимаемый потенциал осредняется поверхностью электрода и менее подвержен локальным деформациям дорожки Кармана. Это обеспечивает более высокое качество выходного сигнала.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. Вихревой расходомер-счетчик включает в себя измерительный участок трубопровода 1 (в данном примере труба диэлектрическая), тело обтекания 2, в данном примере металлический цилиндр, продольная ось 3 которого перпендикулярна оси 4 трубопровода, двухполюсный магнит, полюса 5 и 6 которого размещены последовательно вдоль линии пересечения наружной поверхности трубы с плоскостью продольных осей 4 и 3 трубопровода и тела обтекания, чувствительный элемент в виде пары электродов 7 и 8, либо 7 и 9, либо 8 и 9, при этом электроды 7 и 8 установлены между полюсами магнита на стенке трубы или вблизи ее внутренней поверхности на линии, параллельной продольной оси трубы. Электрод 9, подключенный к телу обтекания, служит базовым электродом типа общей точки в устройстве, содержащем один электрод, размещенный между полюсами магнита. При измерении расхода жидкости с ионной проводимостью в металлическом трубопроводе электроды 7 и 8, вводимые в поток, должны быть электроизолированы от стенки с целью исключения шунтирования сигнала. При измерении расхода жидкого металла электроды могут быть установлены на наружной поверхности металлического трубопровода. При измерении диэлектрических жидкостей возможно применение электродов емкостного типа. Соответствующая пара электродов подключена к блоку обработки сигналов 10 расходомера-счетчика.

Вихревой расходомер-счетчик работает следующим образом.

Генерируемые телом обтекания 2 вихри, сходящие поочередно с одной и другой стороны стержня, образуют двойную вихревую дорожку Кармана 11, при этом в средней области вихревого следа в направлении, перпендикулярном плоскости осей трубопровода 4 и тела обтекания 3, имеет место знакопеременный межвихревой переток жидкости. Магнитное поле 12, перпендикулярное направлению межвихревого перетока, индуцирует в жидкости знакопеременный электрический потенциал. Пространственное распределение потенциала при данной компоновке устройства таково, что максимальная амплитуда пульсаций потенциала наблюдается на внутренней поверхности стенки на линии, параллельной продольной оси трубы. При этом распределение потенциала вдоль данной линии при указанном на фиг. 1 взаимном расположении вихрей Кармана и магнитной системы имеет синусоидальный характер с максимумом в точке размещения электрода 7 и минимумом в точке размещения электрода 8. Разность потенциалов, снимаемая с электродов 7 и 8 в данный момент времени максимальная. При дальнейшем смещении дорожки Кармана вниз по потоку разность потенциалов уменьшается до нуля, затем изменяет знак и вновь достигает максимума противоположной полярности при смещении потока на половину периода дорожки Кармана l=L/2 и так далее. Таким образом, снимаемая разность потенциалов имеет периодический характер с частотой, равной частоте вихреобразования на теле обтекания. Аналогичный характер имеет сигнал, снимаемый с пар электродов 7-9 и 8-9, однако его амплитуда вдвое ниже по сравнению с парой 7-8. Сигнал с соответствующей пары электродов поступает в блок обработки 10, где по измеряемому значению частоты определяют скорость потока и расход, а по суммарному количеству периодов за фиксированный промежуток времени определяют количество протекшей жидкости.

Использование: для измерения расхода воды, растворов солей, щелочей, кислот, жидких металлов и т.п. Сущность изобретения: вихревой расходомер-счетчик содержит трубопровод из немагнитного материала с телом обтекания, ось которого перпендикулярна оси трубопровода, источник магнитного поля, чувствительный элемент в виде двух электродов электроконтактного или емкостного типа, по крайней мере один из которых размещен в области приложения магнитного поля, и блок обработки сигналов. Источник магнитного поля выполнен в виде двухполюсного магнита, полюса которого размещены последовательно вдоль линии пересекания наружной поверхности трубы с плоскостью продольных осей трубопровода и тела обтеканя, а электроды установлены между полюсами магнита на стенке трубы или вблизи ее внутренней поверхности на линии, параллельной продольной оси трубы. Один или оба электрода, размещенные между полюсами магнита, выполнены точечными или плоскими. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревой расходомер-счетчик жидкости, содержащий трубопровод из немагнитного материала с телом обтекания, ось которого перпендикулярна оси трубопровода, источник магнитного поля, чувствительный элемент в виде двух электродов электроконтактного или емкостного типа, по крайней мере один из которых размещен в области приложения магнитного поля, и блок обработки сигналов, отличающийся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде двухполюсного магнита, полюса которого размещены последовательно вдоль линии пересечения наружной поверхности трубы с плоскостью продольных осей трубопровода и тела обтекания, а электроды установлены между полюсами магнита на стенке трубы или вблизи ее внутренней поверхности на линии, параллельной продольной оси трубы. 2. Вихревой расходомер-счетчик по п.1, отличающийся тем, что один или оба электрода, размещенные между полюсами магнита, выполнены плоскими. 3. Вихревой расходомер-счетчик по п.1, отличающийся тем, что один или оба электрода, размещенные между полюсами магнита, выполнены точечными.