ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКОРОСТИ С ЗОНОЙ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ВНЕ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ Российский патент 2008 года по МПК G01P5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды.

Известен измеритель скорости Смита-Слепяна [1, стр.138, рис.47], содержащий электромагнит, образованный сердечником с обмоткой, расположенными у твердой поверхности, например у борта корабля, и два электрода. Электромагнит создает в жидкости, движущейся вдоль твердой поверхности, магнитное поле, что приводит к возникновению в ней э.д.с., которую измеряют как напряжение между электродами. Недостатком известного измерителя является то, что измерение производится в пограничном слое (слое, близком к твердой поверхности), в котором поток является возмущенным.

Известно также устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводящей жидкости [2], которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и выбранному в качестве прототипа. Устройство содержит основной постоянный магнит, выполненный в виде тела вращения с зазором, покрытый диэлектриком, электроды, расположенные на поверхности диэлектрика и вдоль поперечного зазора и подключенные к измерительной схеме, дополнительный постоянный магнит, выполненный в виде тела вращения и помещенный в нерабочую зону основного постоянного магнита. В устройстве-прототипе расположение основного и дополнительного магнитов позволяет усилить индукцию магнитного поля за пределами возмущенного пограничного слоя, однако при этом также усиливается индукция магнитного поля и в пределах пограничного слоя, что не позволяет в достаточной мере исключить влияние пограничного слоя на точность результатов измерений.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего производить измерение скорости потока электропроводящей жидкости с выносом зоны измерения за пределы пограничного слоя вблизи преобразователя.

Сущность изобретения заключается в том, преобразователь скорости потока электропроводящей жидкости, содержащий пару электродов, основной постоянный магнит, дополнительный постоянный магнит, отличается тем, что дополнительно содержит два основных постоянных магнита и содержит три дополнительных постоянных магнита, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты имеют призматическую форму и расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты имеют форму пластин, первый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита, обращенной к второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита, второй дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к первому основному постоянному магниту, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, третий дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к третьему основному постоянному магниту, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, четвертый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита, обращенной к второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита, первый электрод пары электродов расположен в зазоре между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами, второй электрод пары электродов расположен в зазоре между третьим и четвертым дополнительными постоянными магнитами, поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения за пределами пограничного слоя вблизи поверхности преобразователя, находятся в одной плоскости.

Преобразователь может дополнительно содержать четвертый, пятый, шестой основные постоянные магниты, пятый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные постоянные магниты, вторую пару электродов.

При использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B отношение толщины дополнительных магнитов к толщине основных постоянных магнитов преимущественно лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между дополнительными постоянными магнитами к толщине основных постоянных магнитов преимущественно лежит в диапазоне до 0.5.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены

фиг.1 - чертеж устройства;

фиг.2 - разрез А-А;

фиг.3 - схематичное изображение распределения магнитного поля;

На чертежах обозначено:

1 - первый основной постоянный магнит;

2 - второй основной постоянный магнит;

3 - третий основной постоянный магнит;

4 - первый дополнительный постоянный магнит;

5 - второй дополнительный постоянный магнит;

6 - третий дополнительный постоянный магнит;

7 - четвертый дополнительный постоянный магнит;

8 - первая пара электродов;

9 - вторая пара электродов;

10 - силовые линии магнитного поля основных постоянных магнитов;

11 - силовые линии магнитного поля дополнительных постоянных магнитов;

12 - четвертый основной постоянный магнит;

13 - пятый основной постоянный магнит;

14 - шестой основной постоянный магнит;

15 - пятый дополнительный постоянный магнит;

16 - шестой дополнительный постоянный магнит;

17 - седьмой дополнительный постоянный магнит;

18 - восьмой дополнительный постоянный магнит.

Устройство для измерения скорости потока электропроводящей жидкости содержит пару 8 электродов, первый основной постоянный магнит 1 и первый дополнительный постоянный магнит 4. Устройство также содержит второй и третий основные постоянные магниты 2 и 3, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты 5, 6, 7, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты 1, 2, 3 имеют призматическую форму. Преимущественно основные постоянные магниты имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Магниты расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов 1 и 2, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов 2 и 3, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита 2 противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов 1 и 3, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты 4, 5, 6, 7 имеют форму пластин.

Первый дополнительный постоянный магнит 4 прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита 1, обращенной к второму основному постоянному магниту 2, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита 4 противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита 1. Второй дополнительный постоянный магнит 5 прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита 2, обращенной к первому основному постоянному магниту 1, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита 5 противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита 2. Третий дополнительный постоянный магнит 6 прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита 2, обращенной к третьему основному постоянному магниту 3, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита 6 противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита 2.

Четвертый дополнительный постоянный магнит 7 прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита 3, обращенной к второму основному постоянному магниту 2, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита 7 противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита 3. Дополнительные и основные постоянные магниты скреплены между собой, например, путем склеивания.

Первый электрод первой пары 8 электродов расположен в пространстве между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами 4 и 5.

Второй электрод первой пары 8 электродов расположен в пространстве между третьим и четвертым основными постоянными магнитами 6 и 7. Поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения, находятся в одной плоскости.

Устройство также может содержать четвертый, пятый, шестой основные постоянные магниты 12, 13 и 14, пятый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные постоянные магниты 15, 16, 17 и 18, вторую пару 9 электродов, расположение которых друг относительно друга аналогично расположению первого, второго и третьего основных постоянных магнитов 1, 2 и 3, первого, второго, третьего и четвертого дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6 и 7, первой пары 8 электродов.

Отношение толщины дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17, 18 к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 преимущественно лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между магнитами к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 преимущественно лежит в диапазоне от 0 до 0.5. Нулевое значение нижней границы указанного диапазона означает, что дополнительные постоянные магниты могут быть практически прижаты друг к другу.

Поверхность устройства покрыта слоем диэлектрического материала, в котором имеются отверстия для электродов. Поверхность электродов, соприкасающаяся с исследуемой жидкостью, покрыта губчатой платиной.

Основные постоянные магниты 1, 2, 3 создают магнитное поле в пространстве перед устройством. Дополнительные постоянные магниты 4, 5, 6, 7 создают в этом пространстве магнитное поле противоположной направленности. При этом благодаря меньшим размерам дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, выполненных в виде тонких пластин, их магнитное поле по мере удаления от поверхности устройства ослабевает значительно быстрее, чем магнитное поле основных постоянных магнитов 1,2, 3. Это приводит к тому, что вблизи поверхности устройства магнитное поле представляет собой результат сложения противоположных магнитных полей основных постоянных магнитов 1, 2, 3 и дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, а на удалении от поверхности устройства - только магнитное поле основных постоянных магнитов 1, 2, 3, так как там магнитное поле дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7 пренебрежимо мало (см. фиг.3).

Параметры основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 и дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17, 18 выбираются таким образом, чтобы на расстояниях, приблизительно равных толщине пограничного возмущенного слоя жидкости, индукция результирующего магнитного поля была близка к нулю. При использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B данный результат достигается, если отношение толщины основных постоянных магнитов 1, 2, 3 к толщине дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7 лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между магнитами к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3 лежит в диапазоне от 0 до 0.5.

Пара 8 электродов подключена к дифференциальному входу измерительного усилителя, выход которого подключен к индикатору напряжения или аналого-цифровому преобразователю.

Вторая пара электродов 9 может использоваться для повышения точности измерения путем обработки результатов измерений, полученных с использованием разных пар электродов.

Устройство работает следующим образом. Поток электропроводящей жидкости, например морской воды, движется вдоль поверхности устройства. Под действием магнитного поля в движущейся электропроводящей жидкости возникает электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости движения жидкости и напряженности магнитного поля. На электродах, размещенных на поверхности устройства, индуцируются электрические потенциалы, пропорциональные скорости движения жидкости. Разность потенциалов между электродами пары электродов 8 определяется разностями потенциалов между точками, лежащими на нормалях к поверхности устройства и проходящих через точку соприкосновения электродов с жидкостью, причем только тех точек, в которых индукция магнитного поля не равна нулю. Так как вблизи поверхности устройства значение индукции магнитного поля близко к нулю, то в этой области пространства не образуется разности потенциалов и значения скорости возмущенного потока жидкости в данной области (пограничном слое) не влияют на результат измерений. Напряжение между электродами пары 8 электродов поступает на дифференциальный вход измерительного усилителя, в котором сигнал усиливается и далее измеренное значение отображается на индикаторе напряжения или сигнал преобразуется в цифровую форму и передается в вычислительное устройство для дальнейшей обработки.

Таким образом, устройство обеспечивает измерение скорости потока электропроводящей жидкости вне пограничного слоя вблизи поверхности устройства, что снижает уровень помех и повышает точность измерения.

Представленные чертежи и описание позволяет изготовить устройство по известным технологиям с применением известных материалов и использовать его для проведения измерений скорости потока жидкости, что характеризует изобретение как промышленно применимое.

Устройство содержит пару электродов, три основных постоянных магнита призматической формы и четыре дополнительных постоянных магнита. Ориентация полюсов второго основного магнита противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных магнитов. Ориентация полюсов первого дополнительного магнита, прикрепленного к поверхности первого основного магнита, обращенной ко второму основному магниту, противоположна ориентации полюсов первого основного магнита. Ориентация полюсов второго дополнительного магнита, прикрепленного к поверхности второго основного магнита, обращенной к первому основному магниту, противоположна ориентации полюсов второго основного магнита. Ориентация полюсов третьего дополнительного магнита, прикрепленного к поверхности второго основного магнита, обращенной к третьему основному магниту, противоположна ориентации полюсов второго основного магнита. Ориентация полюсов четвертого дополнительного магнита, прикрепленного к поверхности третьего основного магнита, обращенной ко второму основному магниту, противоположна ориентации полюсов третьего основного магнита. Первый электрод расположен в зазоре между первым и вторым дополнительными магнитами, а второй электрод - в зазоре между третьим и четвертым дополнительными магнитами, поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения за пределами пограничного слоя вблизи поверхности преобразователя, находятся в одной плоскости. Изобретение повышает точность измерения скорости потока электропроводящей жидкости (например, морской воды). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Преобразователь скорости потока электропроводящей жидкости, содержащий пару электродов, основной постоянный магнит, дополнительный постоянный магнит, отличающийся тем, что дополнительно содержит два основных постоянных магнита и содержит три дополнительных постоянных магнита, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты имеют призматическую форму и расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты имеют форму пластин, первый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита, обращенной ко второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита, второй дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к первому основному постоянному магниту, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, третий дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к третьему основному постоянному магниту, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, четвертый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита, обращенной ко второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита, первый электрод пары электродов расположен в зазоре между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами, второй электрод пары электродов расположен в зазоре между третьим и четвертым дополнительными постоянными магнитами, поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения за пределами пограничного слоя вблизи поверхности преобразователя находятся в одной плоскости.2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B отношение толщины дополнительных постоянных магнитов к толщине основных постоянных магнитов лежит в диапазоне от 0,3 до 0,5 и отношение ширины зазора между дополнительными постоянными магнитами к толщине основных постоянных магнитов лежит в диапазоне до 0,5.