ВИХРЕВОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1999 года по МПК G01F1/32 G01P5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов электропроводных жидкостей в различных отраслях народного хозяйства.

Известен электромагнитный вихревой расходомер (авт.св. СССР N 798486, кл G 01 F 1/32), содержащий измерительный участок трубопровода, обтекатель (вихреобразующий элемент), установленный поперек потока, с каналом и постоянными магнитами, обращенными друг к другу разноименными полюсами и расположенными каналами в обтекателе по обе стороны канала и электродами для съема сигнала, установленными на противоположных стенках канала вдоль линии, совпадающей с осью измерительного участка трубопровода.

Недостатком данной конструкции является наличие канала, находящегося в магнитном зазоре, который при наличии в жидкости магнитных включений может засоряться, что приведет к потере работоспособности расходомера.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель скорости потока - вихревой расходомер (патент N 1838789, кл. G 01 P 5/08, G 01 F 1/32, 1993), содержащий трубопровод, внутри которого перпендикулярно его продольной оси установлен вихреобразующий элемент, за передней кромкой которого последовательно по оси трубопровода на одной образующей на поверхности трубопровода расположены два электрически изолированных от корпуса электрода, размещенные в пределах магнитной системы, создающей магнитное поле, параллельное оси вихреобразующего элемента, в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, и третий соединенный с корпусом электрод, выводы измерительных электродов подсоединены через дифференциальный усилитель к анализатору спектра и через полосовые усилители к блоку измерения частоты и кореллометру. Пульсация скорости жидкости, возникающая в результате взаимодействия потока с вихреобразующим элементом в однородном постоянном магнитном поле, вызывает пульсации электрического напряжения на электродах.

Недостатком такой конструкции является низкий уровень сигнала по отношению к помехам, обусловленный ортогональным расположением электродов относительно оси вихреобрузующего элемента, а также установкой электродов на внутренней поверхности трубопровода, что при условии изготовления трубопровода из электропроводящего материала приводит к шунтированию полезного сигнала измеряемой средой, что приводит к сужению диапазона измерений и к усложнению схемы его выделения, требующей наличия анализатора спектра.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и расширение динамического диапазона измерений в сторону меньших расходов.

Эта задача достигается тем, что в известном вихревом электромагнитном расходомере, содержащем трубопровод, внутри которого перпендикулярно его продольной оси расположен вихреобразующий элемент, два электрически изолированных от трубопровода измерительных электрода, расположенных последовательно за передней кромкой вихреобразующего элемента, в плоскости, проходящей через ось трубопровода, третий электрод, соединенный с трубопроводом, и магнитную систему, вектор индукции магнитного поля которой параллелен оси вихреобразующего элемента, измерительные электроды параллельны вектору магнитной индукции и пересекают ось трубопровода, при этом неизолированная часть измерительных электродов симметрична относительно оси трубопровода и имеет длину а, выбранную из соотношения a=(0,1-0,5)D, где D - внутренний диаметр трубопровода, а расстояние между измерительными электродами выбрано из соотношения (0,4-0,45)D.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема вихревого расходомера; на фиг. 2 - ортогональное поперечное сечение трубопровода.

Вихревой электромагнитный расходомер содержит трубопровод 1 с внутренним диаметром D, внутри которого перпендикулярно его продольной оси установлен вихреобразующий элемент 2 с кромками 3 и 14. За передней кромкой 14 элемента 2, в среднем сечении трубопровода 1, установлены два измерительных электрода 4 и 5 с выводами 6 и 7, электрически изолированных от трубопровода 1. Третий электрод 8 с выводом 9 соединен с трубопроводом 1. Магнитная система с полюсами 10, 11 формирует магнитное поле, вектор магнитной индукции которого параллелен оси 12 вихреобразующего элемента 2. Измерительные электроды 4 и 5 расположены последовательно по оси трубопровода на одной образующей в плоскости, параллельной вектору магнитной индукции. Расстояние l между измерительными электродами 4 и 5 выбрано равным l=(0,4-0,45)D. Оптимальный размер h передней кромки 14 вихреобразующего элемента 2 определяется отношением h/D= 0,25-0,28.

Вихревой расходомер работает следующим образом.

Поток электропроводной жидкости, движущейся со скоростью V, поступает на вход трубопровода 1, где происходит взаимодействие с вихреобразующим элементом 2. В среднем сечении трубопровода 1 формируется вихревая дорожка Кармана. Под воздействием постоянного магнитного поля в системе электродов 4, 5 и 8 возникают переменные ЭДС₁ и ЭДС₂, частота которых f пропорциональна скорости V, а следовательно, и расходу жидкости в трубопроводе 1. Исходя из теории вихревых расходомеров (Киясбейли А.Ш., Перельштейн М.Е. Вихревые измерительные приборы. М. , Машиностроение, 1978, с. 70), частота f, диаметр трубопровода D и скорость потока V связаны соотношением f=Sh•(V/D), где Sh - число Струхаля. Из этого соотношения определяется период вихревой дорожки Кармана L = V/f = D/Sh. При h/D=(0,25-0,28), Sh=(1,1-1,25), следовательно, L= (0,8-0,9)D. При расположении изолированных электродов 4 и 5 расстояние l= L/2= (0,4-0,45)D друг от друга, ЭДС₁, возникающая между электродами 4 и 8, противоположна по фазе ЭДС₂, возникающей между электродами 5 и 8.

При подключении электродов 4, 5 и 8 по дифференциальной схеме ЭДС₁ и ЭДС₂ складываются, в то время когда шумы компенсируют друг друга.

Электроды 4 и 5 расположены так, что пересекают ось трубопровода 13 и изолированы таким образом, что неизолированная часть симметрична относительно оси 13 и имеет длину a=(0,1-0,3)D. Это позволяет избежать шунтирования полезного сигнала измерительной средой, а также получать ЭДС₁ и ЭДС₂ наиболее приближенными к синусоиде из-за более устойчивого вихреобразования в центральной части трубопровода.

Изобретение может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей. Внутри трубопровода за вихреобразующим элементом в плоскости, проходящей через ось трубопровода, последовательно размещены два электрически изолированных от него измерительных электрода. Третий электрод соединен с трубопроводом. Магнитная система формирует магнитное поле, вектор магнитной индукции которого параллелен оси вихреобразующего элемента, установленного перпендикулярно оси трубопровода. Измерительные электроды параллельны вектору магнитной индукции, а их неизолированная часть симметрична относительно оси трубопровода. Частота переменных ЭДС, возникающих в системе электродов, пропорциональна расходу. Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость и расширить динамический диапазон измерений в сторону меньших расходов. 2 ил.

Вихревой электромагнитный расходомер, содержащий трубопровод, внутри которого перпендикулярно его продольной оси расположен вихреобразующий элемент, два электрически изолированных от трубопровода измерительных электрода, расположенных последовательно за передней кромкой вихреобразующего элемента в плоскости, проходящей через ось трубопровода, третий электрод, соединенный с трубопроводом, и магнитную систему, вектор индукции магнитного поля которой параллелен оси вихреобразующего элемента, отличающийся тем, что измерительные электроды параллельны вектору магнитной индукции и пересекают ось трубопровода, при этом неизолированная часть измерительных электродов симметрична относительно оси трубопровода и имеет длину а, выбранную из соотношения а = (0,1^oC0,5)D, где D - внутренний диаметр трубопровода, расстояние l между измерительными электродами выбрано из соотношения l = (0,4^oC0,45)D.