ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКОРОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей в напорных и безнапорных (с изменяющимся уровнем заполнения канала) трубопроводах и каналах.

Известны электромагнитные преобразователи скорости для измерения расхода электропроводных жидкостей, имеющие электромагнитную систему, состоящую из стержневого сердечника, катушки возбуждения и электродов, контактирующих с измеряемой жидкостью, и измерительного устройства [1].

Недостатком таких электромагнитных преобразователей скорости является низкая точность измерения расхода в безнапорных трубопроводах из-за низкой точности измерения уровня заполнения канала измеряемой средой.

Этот недостаток устранен в электромагнитном преобразователе скорости для трубопроводов больших диаметров, являющемся наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению [2].

Такой преобразователь скорости [2] имеет канал трубопровода, сердечник, выполненный протяженным по вертикальному диаметру канала трубопровода, катушку возбуждения, витки которой распределены по всей длине сердечника, электроды, находящиеся по двум противоположно расположенным внешним образующим корпуса в плоскости поперечного сечения канала, причем электроды на корпусе расположены парами по линиям, перпендикулярным оси корпуса, и многоканальное измерительное устройство. Каждый входной канал измерительного устройства подключен к соответствующей ему паре электродов. Многоканальное измерительное устройство состоит из коммутационного устройства, источника питания катушки возбуждения и микропроцессорного блока обработки информации и управления коммутационным устройством. Коммутационное устройство обеспечивает поочередное подключение пар электродов к микропроцессорному блоку. Обработка информации выполняется программно по специальному алгоритму с возможностью вычисления расхода жидкости.

Недостатком этого электромагнитного преобразователя скорости являются низкие метрологические и эксплуатационные характеристики при измерении расхода жидкости. У известного преобразователя скорости [2] создается магнитное поле возбуждения одновременно во всех зонах измерительных электродов. Однако в каждый момент времени производится съем сигнала только с какой-либо одной пары электродов последовательно и поочередно "опрашиваемой" с помощью коммутационного устройства. При этом в каждый момент измеряется сигнал, возникающий только от незначительной части общего рабочего магнитного поля, т.е. только от магнитного поля, образованного в локальной области жидкости в зоне одной опрашиваемой в данный момент пары электродов. Остальное магнитное поле, создаваемое в канале, в том числе и выше уровня заполнения измеряемой средой в данный период измерения не используется. Следовательно, энергия на его создание расходуется непроизводительно.

Этот недостаток устранен в предлагаемом электромагнитном преобразователе скорости: магнитное поле создается каждый раз только в той локальной области, в которой производится в данный момент времени измерение скорости, при этом магнитное поле в зонах остальных пар электродов отсутствует. Это позволяет при той же энергии, затрачиваемой на создание магнитного поля, обеспечить существенно более высокую чувствительность измерения скорости, а следовательно, и повысить точность измерения.

Электромагнитный преобразователь скорости по предлагаемому изобретению содержит корпус, выполненный из электроизоляционного материала, внутри корпуса находится ферромагнитный стержневой сердечник и катушка возбуждения, витки которой распределены по всей длине сердечника; электроды, расположенные на корпусе парами по линиям, перпендикулярным оси корпуса, и многоканальное измерительное устройство с числом входов не менее количества пар электродов и источником питания катушки возбуждения. Катушка возбуждения состоит из секций, которые могут быть одинаковыми или неодинаковыми. Число секций соответствует числу пар электродов, причем каждая секция отделена от смежной секции пластиной, выполненной из ферромагнитного материала, расположенной перпендикулярно оси сердечника и торцевыми поверхностями плотно примыкающей к сердечнику и внутренней поверхности корпуса, а линия, соединяющая пару электродов данной секции, находится в центральной плоскости поперечного сечения каждой секции. Многоканальное измерительное устройство имеет каналы питания секций катушки возбуждения, к каждому каналу подключена соответствующая секция катушки возбуждения, причем канал питания секции подключается программно одновременно и на одинаковый промежуток времени с подключением пары электродов данной секции к измерительному каналу. Иными словами источник питания катушки возбуждения через коммутационное устройство подключается каждый раз только к той секции, пара электродов которой в данный момент "опрашивается", т.е. подключена к измерительному устройству. Роль ферромагнитных пластин состоит в том, чтобы сконцентрировать магнитное поле, образованное катушкой возбуждения данной секции в зоне ее пары электродов.

Сущность изобретения поясняют фиг.1 и 2.

На фиг. 1 приведена схема конструкции электромагнитного преобразователя скорости.

Преобразователь скорости содержит корпус 1, выполненный из электроизоляционного материала, ферромагнитный сердечник 2, секции катушки возбуждения 3, электроды 4 и ферромагнитные пластины 5. К электродам и катушкам возбуждения подключено коммутационное устройство 6, управляемое микропроцессорным блоком 7.

На фиг.2 приведено распределение магнитного поля, созданное секцией катушки возбуждения.

Каждая пара электродов и соответствующая этой паре (т.е. этой секции) катушка возбуждения подключены к входам соответствующего канала коммутационного устройства 6.

Электромагнитный преобразователь скорости устанавливается на горизонтальном трубопроводе таким образом, чтобы ось преобразователя скорости была параллельна направлению силы тяжести, а плоскость, в которой расположены электроды, перпендикулярна направлению движения потока измеряемой жидкости.

Электромагнитный преобразователь скорости работает следующим образом.

Последовательно, поочередно и циклично к каждой из секций катушки возбуждения через коммутационное устройство подводится ток, при котором возникает магнитное поле, которое благодаря ферромагнитным пластинам, расположенным на торцах секции катушки, сосредоточено в измеряемой среде только в зоне вблизи электродов данной секции. При этом в зонах остальных пар электродов магнитное поле отсутствует. При движении жидкости по каналу в жидкости, пересекающей магнитное поле расположения измерительных электродов данной секции, возбуждается электрическое поле, напряженность которого согласно закону электромагнитной индукции пропорциональна произведению индукции магнитного поля и локальной скорости потока. Сигнал с этой пары электродов поступает в микропроцессорный блок.

После завершения каждого полного цикла опроса всех пар электродов по результатам измерения сигналов со всех пар электродов вычисляется объемный расход жидкости с помощью соответствующего алгоритма.

Предлагаемый электромагнитный преобразователь скорости может найти применение для измерения расхода электропроводных жидкостей в закрытых и открытых каналах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США 4122714, G 01 F 1/58, 31.10.1978, Magnetic current meter for open channel flow measurement.

2. Патент России 2146041, G 01 F 1/58, 27.02.2000, Электромагнитный расходомер.

Изобретение может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей в безнапорных трубопроводах больших диаметров при изменяющемся уровне заполнения канала. Преобразователь скорости содержит корпус из электроизоляционного материала, размещенный внутри корпуса ферромагнитный стержневой сердечник и многоканальное измерительное устройство, выполненное с возможностью циклического опроса всех пар электродов, расположенных на корпусе по двум его образующим. Катушка возбуждения состоит из секций, по числу пар электродов, каждая из которых отделена от смежной пластиной из ферромагнитного материала, расположенной перпендикулярно оси сердечника. Измерительное устройство имеет каналы питания секций катушки возбуждения, каждый из которых подключают одновременно и на одинаковый промежуток времени с подключением пары электродов соответствующей секции. Изобретение обеспечивает высокую чувствительность измерения скорости за счет создания магнитного поля в момент измерения в зоне только одной пары электродов. 2 ил.

Электромагнитный преобразователь скорости, содержащий корпус из электроизоляционного материала, ферромагнитный сердечник, катушку возбуждения, витки которой распределены по всей длине сердечника, электроды, расположенные парами на корпусе по двум его образующим, и многоканальное измерительное устройство, выполненное с возможностью циклического опроса всех пар электродов путем последовательного переключения измерительных каналов, отличающийся тем, что катушка возбуждения состоит из секций, число которых равно числу пар электродов, при этом каждая секция отделена от смежной секции пластиной из ферромагнитного материала, расположенной перпендикулярно оси сердечника и торцевыми поверхностями примыкающей к сердечнику и внутренней поверхности корпуса, а измерительное устройство имеет каналы питания каждой секции катушки возбуждения и выполнено с возможностью подключения канала питания секции одновременно и на одинаковый промежуток времени с подключением пары электродов данной секции к измерительному каналу.