ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 2006 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения уровня заполнения канала электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения уровня электропроводных жидкостей, протекающих в безнапорных трубопроводах, (т.е. при изменяющемся уровне заполнения канала).

Известны электромагнитные приборы для измерения уровня электропроводных жидкостей в безнапорных трубопроводах, имеющие участок трубопровода из немагнитного материала, магнитопровод, катушки возбуждения магнитного поля, измерительные электроды, контактирующие с измеряемой жидкостью, и измерительное устройство, [1]. С помощью управляемого коммутационного устройства прибора производится программное переключение катушек возбуждения к источнику питания: поочередное, одновременное, согласное или встречное. В зависимости от схемы включения катушек в канале расходомера создается различное распределение магнитного поля. Указанный прибор измеряет уровень заполнения канала трубопровода и скорость жидкости при безнапорном потоке.

Недостатком таких уровнемеров является необходимость дополнительно производить измерение скорости потока в канале, поскольку в расчетную формулу вычисления уровня заполнения канала входит скорость потока жидкости.

Этот недостаток устранен в электромагнитном уровнемере [2], предназначенном для измерения уровня заполнения канала. Электромагнитный уровнемер [2] также имеет участок трубопровода, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, две катушки возбуждения, имеющие общую ось, перпендикулярную оси канала, пару электродов, расположенную в центральном сечении трубопровода на концах горизонтального диаметра, и магнитопровод, охватывающий снаружи трубопровод с катушками возбуждения. В описанном уровнемере используется способ измерения уровня, заключающийся в том, что токи возбуждения в катушках подбираются такой величины, при которой сигналы на электродах, образованные магнитным полем каждой из катушек и движением потока, становятся одинаковыми и противоположными по полярности, а мерой уровня заполнения канала является отношение токов в катушках. Уровнемер имеет высокую чувствительность к измерению уровня в средней зоне поперечного сечения канала, однако чувствительность к изменению уровня в верхней и нижней зонах поперечного сечения канала существенно ниже. Чувствительность уровнемера зависит от степени неоднородности магнитного поля в зоне расположения поверхности раздела фаз жидкости и воздуха. Чем выше неоднородность магнитного поля в этой зоне, тем (при прочих равных условиях измерения) выше чувствительность уровнемера. В уровнемере [2] в зонах выше и ниже средней магнитное поле более однородно, чем в средней зоне. Это приводит в конечной мере к низкой точности измерения уровня в верхней и нижней зонах поперечного сечения канала.

Уровнемер, реализующий способ измерения [2], является наиболее близким аналогом уровнемеру, изложенному в предлагаемом изобретении.

Предлагаемый электромагнитный уровнемер свободен от недостатка уровнемера [2]. Он имеет высокую чувствительность к изменению уровня во всех зонах поперечного сечения канала. Предлагаемый уровнемер имеет участок трубопровода, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, магнитопровод, охватывающий снаружи трубопровод с катушками возбуждения, три пары электродов, одна из которых расположена в центральном сечении трубопровода по его периметру на концах горизонтального диаметра, и две пары электродов, расположеные в центральном сечении канала по горизонтальным линиям на концах хорд, лежащих выше и ниже линии, соединяющей пару электродов, расположенную по горизонтальному диаметру канала, и две дополнительные катушки возбуждения, имеющие общую ось, совпадающую с осью канала уровнемера, находящиеся на трубопроводе и равноудаленные от центрального сечения канала

Способ измерения уровня и конструкцию уровнемера поясняют фиг.1-6.

На фиг.1 изображено поперечное сечение канала уровнемера с расположенными в нем электродами по периметру сечения. Средняя зона измерения уровня находится между линией, соединяющей 1 и 2 измерительные электроды, и линией, соединяющей 3 и 4 электроды. Верхняя зона измерения уровня находится выше линии, соединяющей 3 и 4 электроды. Нижняя зона измерения уровня находится между линией, соединяющей 1 и 2 измерительные электроды, и линией, соединяющей 5 и 6 электроды. Зона, расположенная ниже линии, соединяющей 5 и 6 электроды, не доступна для измерения в ней уровня.

На фиг.2 изображена схема электромагнитного уровнемера, показаны три пары электродов 1-6, расположенные по периметру центрального сечения канала, две одинаковые катушки возбуждения магнитного поля 7 и 8, имеющие общую ось, направленную перпендикулярно оси канала, две одинаковые катушки возбуждения магнитного поля 9 и 10, общая ось которых совпадает с осью канала, причем эти катушки включены между собой последовательно и навстречу друг другу, таким образом, что их результирующий поток магнитного поля в центральном сечении канала имеет радиальное направление.

На фиг.3 приведена блочная схема уровнемера. На ней обозначен канал уровнемера с электродами 1-6, установленными по периметру центрального сечения, две одинаковые катушки возбуждения 7 и 8, общая ось которых направлена перпендикулярно оси канала, и две одинаковые катушки возбуждения 9 и 10, общая ось которых совпадает с осью канала. 11 - коммутационное устройство с усилителем сигналов, 12 - аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, 13, 14 и 15 - регулируемые источники питания индукционных катушек, 16 - коммутационно-регулирующее устройство.

На фиг.4, 5 и 6 изображены распределения магнитного поля в канале соответственно в верхней, центральной и нижней зонах поперечного сечения канала.

Работа уровнемера состоит в следующем.

Если канал полностью заполнен потоком жидкости или уровень заполнения канала находится в верхней зоне, сигнал снимается с верхней пары электродов 3-4, а магнитное поле в верхней зоне формируется с помощью верхней катушки 7 и двух встречно включенных катушек возбуждения 9-10. При этом катушка 8 обесточена.

На фиг.4 показано распределение магнитного поля в канале уровнемера, созданное этими катушками. Измерительная система уровнемера управляет токами питания катушек возбуждения таким образом, что обеспечивается нулевой баланс сигналов между электродами 3-4. При достижении нулевого баланса между электродами отношение токов питания катушки 7 и катушек 9-10 служит мерой уровня в верхней зоне канала. При этом измерительная система работает следующим образом. Сигнал, снимаемый электродами 3-4, воспринимается коммутационным устройством 11, усиливается, далее с помощью аналого-цифрового преобразователя и вычислителя 12 программно управляет коммутационно-регулирующим устройством 16. Устройство 16 программно задает режимы работы источникам питания 13 и 14, обеспечивающим токи в катушке 7 и катушках 9-10 такой величины, при которой сигнал на электродах 3-4 равен нулю.

Если уровень заполнения канала находится в средней зоне, то сигнал снимается с измерительных электродов 1-2, а магнитное поле в средней зоне формируется с помощью верхней 7 и нижней 8 катушек возбуждения. При этом катушки 9 и 10 обесточены.

На фиг.5 показано распределение магнитного поля в канале уровнемера, созданное этими катушками. Измерительная система уровнемера управляет токами питания катушек возбуждения таким образом, что обеспечивается нулевой баланс сигналов между измерительными электродами 1-2. При достижении нулевого баланса между электродами отношение токов питания катушки 7 и катушки 8 служит мерой уровня в средней зоне канала. При этом измерительная система работает следующим образом. Сигнал, снимаемый между электродами 1-2, воспринимается коммутационным устройством 11, усиливается, далее с помощью аналого-цифрового преобразователя и вычислителя 12 программно управляет коммутационно-регулирующим устройством 16. Устройство 16 программно задает режимы работы источникам питания 13 и 15, обеспечивающим токи в катушке 7 и катушке 8 такой величины, при которой сигнал на электродах 1-2 равен нулю.

Если уровень заполнения канала находится в нижней зоне, то сигнал снимается с электродов 5-6, а магнитное поле в средней зоне формируется с помощью нижней катушки возбуждения 8 и катушек 9-10. При этом катушка 7 обесточена.

На фиг.6 показано распределение магнитного поля в канале уровнемера, созданное этими катушками. Измерительная система уровнемера управляет токами питания катушек возбуждения таким образом, что обеспечивается нулевой баланс сигналов между электродами 5-6. При достижении нулевого баланса между электродами отношение токов питания катушек 9-10 и катушки 8 служит мерой уровня в нижней зоне канала. При этом измерительная система работает следующим образом. Сигнал, снимаемый между электродами 5-6, воспринимается коммутационным устройством 11, усиливается, далее с помощью аналого-цифрового преобразователя и вычислителя 12 программно управляет коммутационно-регулирующим устройством 16. Устройство 16 программно задает режимы работы источникам питания 14 и 15, обеспечивающим токи в катушках возбуждения 9-10 и катушке 8 такой величины, при которой сигнал на электродах 5-6 равен нулю.

Использование предложенного решения позволяет повысить точность измерения уровня заполнения каналов при безнапорном потоке.

Источники информации

1. Патент США, 5301556, 1994 г., Flow measuring apparatus.

2. Патент России RU 22120221 C1, 7 G 01 F 23/26, Электромагнитный способ измерения уровня. Бюл. №25, 2003 г.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения уровня заполнения канала электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения уровня электропроводных жидкостей, протекающих в безнапорных трубопроводах (т.е. при изменяющемся уровне заполнения канала). Сущность: электромагнитный уровнемер имеет участок трубопровода, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, две пары катушек возбуждения, причем ось одной пары катушек направлена перпендикулярно оси канала, две другие катушки возбуждения магнитного поля имеют общую ось, совпадающую с осью канала, причем эти катушки включены между собой последовательно и навстречу друг другу, три пары электродов, одна пара расположена в центральном сечении трубопровода по его периметру, две другие по хорде трубопровода ниже и выше основной пары электродов, причем линии, соединяющие одноименные пары электродов, параллельны, магнитный корпус, охватывающий снаружи трубопровод с катушками возбуждения. Технический результат: повышение метрологических характеристик электромагнитных уровнемеров при измерении уровня в трубопроводах при не полностью заполненном канале, т.е. при изменяющемся уровне заполнения канала. 6 ил.

Электромагнитный уровнемер, содержащий участок трубопровода, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, две катушки возбуждения магнитного поля в канале трубопровода, имеющие общую ось, перпендикулярную оси канала, пару электродов, размещенную в центральном сечении трубопровода по его периметру на концах горизонтального диаметра, магнитопровод, охватывающий снаружи трубопровод с катушками возбуждения, и измерительную систему, отличающийся тем, что он содержит дополнительно две пары электродов, расположенные в центральном сечении канала по горизонтальным линиям на концах хорд, лежащих выше и ниже линии, соединяющей пару электродов, расположенную по горизонтальному диаметру канала, и две дополнительные катушки возбуждения, имеющие общую ось, совпадающую с осью канала уровнемера, находящиеся на трубопроводе и равноудаленные от центрального сечения канала, а измерительная система выполнена в виде коммутационного устройства, связанного с электродами, и через аналого-цифровой преобразователь и вычислитель с коммутационно-регулирующим устройством, программно задающим режимы работы источникам питания.