ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2004 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей в трубопроводах. Известны электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей, имеющие участок трубопровода из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом, электромагнитную систему (индуктор), обеспечивающую в канале магнитное поле, электроды, контактирующие с измеряемой жидкостью, и измерительное устройство [1].

Недостатком таких расходомеров является необходимость в изоляционном покрытии внутренней поверхности канала, которое усложняет изготовление прибора и, кроме того, снижает надежность работы расходомера при измерении пульп, цементных растворов и других сред, обладающих повышенными абразивными свойствами.

Этот недостаток устранен в электромагнитном расходомере, предназначенном для измерения расхода жидкостей с высокой электропроводностью, например жидких металлов [2].

Электромагнитный расходомер имеет участок трубопровода, выполненный из немагнитного электропроводного материала (металла), индуктор магнитного поля, генератор переменного тока, компаратор, трансформатор тока и два электрода, подсоединенных к внешней стенке трубопровода в центральном его сечении по линии, перпендикулярной магнитному полю и оси трубопровода.

Расходомер работает следующим образом.

При движении по трубопроводу жидкого металла, в нем и в стенках трубопровода образуется электрическое поле, обусловленное взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора. Поскольку трубопровод неподвижен относительно магнитного поля, а измеряемая среда перемещается, то на основании явления электромагнитной индукции в жидкости наводится электрическое поле, образуются электрические токи, затекающие в стенки трубопровода, т.к. стенки имеют хороший электрический контакт с измеряемой средой. К двум электродам подводится ток обратной связи такой величины, при которой обеспечивается минимальный обмен электрическими токами между стенкой канала и измеряемой средой. При этом ток обратной связи служит мерой расхода жидкости в канале.

Таким образом, электромагнитный расходомер обеспечивает измерение расхода без электроизоляционного покрытия внутренней поверхности канала трубопровода. Этот расходомер обладает высокой чувствительностью, когда электропроводность измеряемой среды близка или выше электропроводности стенки трубопровода.

Недостатком такого электромагнитного расходомера является практическая невозможность измерения жидкостей с ионной электропроводностью типа воды, водных растворов, кислот, щелочей и т.п., электропроводность которых на несколько порядков ниже электропроводности металлов.

Данное изобретение решает задачу измерения расхода электропроводных жидкостей типа воды, водных растворов и т.п. без применения электроизоляционного покрытия внутренней поверхности канала трубопровода.

Электромагнитный расходомер, выполненный по предлагаемому изобретению, содержит участок трубопровода, выполненный из немагнитного электропроводного материала (металла), магнитную систему (индуктор), обеспечивающую магнитное поле в канале трубопровода, два электрода, подсоединенных к внешней поверхности стенки трубопровода в центральном его сечении по линии, перпендикулярной магнитному полю и оси трубопровода, компаратор и генератор тока. Кроме того, расходомер имеет дополнительный электрод, изолированно введенный в стенку трубопровода до контакта с измеряемой жидкостью и соединенный с одним из входов компаратора, причем второй вход компаратора соединен с одним из электродов, контактирующим с наружной стенкой трубопровода и расположенным ближе другого к дополнительному электроду.

На чертеже приведена схема описанного расходомера. Расходомер содержит индуктор магнитного поля 6, участок трубопровода 1, выполненный из немагнитной стали, дополнительный электрод 3, контактирующий с измерительной средой 7 и изолированный от металлического трубопровода 1 электроизоляционной втулкой 2, у которой имеется отбортовка 11, опоясывающая контактную поверхность дополнительного электрода. К электродам 4 и 5 подсоединен генератор тока 9, который управляется компаратором 8. Вход компаратора 8 подсоединен к дополнительному электроду 3 и к электроду 4.

Расходомер работает следующим образом.

При движении по трубопроводу 1 жидкости в ней и стенках трубопровода наводится электрическое поле, обусловленное взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора 6. Напряженность электрического поля пропорциональна индукции магнитного поля и скорости потока. Под действием этого электрического поля в жидкости и стенках трубопровода протекают циркуляционные токи. Вследствие того, что электропроводность измеряемой среды во много раз ниже электропроводности стенки трубопровода, стенки оказывают сильное шунтирующее влияние на индуцированный в жидкости сигнал. Часть этого сигнала обнаруживается в виде разности потенциалов ΔU между дополнительным электродом 3 и электродом 4. Величина ΔU пропорциональна индукции магнитного поля, скорости потока измеряемой среды и электропроводности измеряемой среды. Величина разности потенциалов ΔU тем больше, чем больше диаметр отбортовки изолирующей втулки вокруг контактной поверхности дополнительного электрода. Для нормальной и устойчивой работы расходомера вполне достаточно иметь отбортовку с размером диаметра более трех диаметров контактной поверхности дополнительного электрода. Компаратор 8 усиливает воспринимаемую им разность потенциалов ΔU и преобразует ее в ток генератора 9, пропускаемый через электроды 4 и 5 и стенки трубопровода. Этот ток является током отрицательной обратной связи расходомера. По мере увеличения тока через электроды 4 и 5 уменьшается шунтирующее воздействие стенками трубопровода индуцированной в жидкости напряженности электрического поля, уменьшаются циркуляционные токи между жидкостью и стенками трубопровода, при этом уменьшается разность потенциалов ΔU между электродами 3 и 4. При достижении минимального обмена циркуляционными токами между жидкостью и стенками трубопровода наступает баланс системы с обратной связью, которой является рассматриваемый расходомер, а мерой расхода служит ток обратной связи, генерируемый генератором 9.

Электромагнитный расходомер, выполненный по данному изобретению, может найти применение при измерении пульп, цементных растворов и других сред, обладающих повышенной абразивностью.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989, с. 408-434.

2. Электромагнитный расходомер. Изобретение СССР №684312, G 01 F 1/58, Бюллетень №33, 1979.

Изобретение может быть использовано для измерения расхода жидкостей с ионной электропроводностью (воды, кислот, щелочей). Расходомер содержит два электрода, контактирующих с наружной стенкой участка трубопровода из немагнитного металла. В стенку трубопровода до контакта с измеряемой жидкостью введен дополнительный электрод, изолированный от трубопровода изоляционной втулкой и соединенный с одним из входов компаратора. Второй вход компаратора соединен с одним из двух электродов, расположенным ближе другого к дополнительному электроду. Изоляционная втулка имеет на внутренней поверхности канала вокруг контактной поверхности электрода отбортовку размером не менее тройного диаметра контактной поверхности. Изобретение обладает простой конструкцией благодаря отсутствию электроизоляционного покрытия канала и повышенной надежностью при измерении высокоабразивных сред. 1 ил.

Электромагнитный расходомер, содержащий участок трубопровода, выполненный из немагнитного металла, магнитную систему возбуждения, два электрода, контактирующие с токопроводящей поверхностью трубопровода, компаратор, генератор тока, отличающийся тем, что расходомер имеет дополнительный электрод, изолированно введенный в стенку трубопровода до контакта с измеряемой жидкостью и соединенный с одним из входов компаратора, причем второй вход компаратора соединен с одним из электродов, контактирующим с наружной стенкой трубопровода и расположенным ближе другого к дополнительному электроду, а изоляционная втулка, изолирующая дополнительный электрод от трубопровода, имеет на внутренней поверхности канала вокруг контактной поверхности электрода отбортовку, размером не менее тройного диаметра контактной поверхности дополнительного электрода и плотно прилегающую к внутренней поверхности трубопровода.