ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА Российский патент 2009 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к направлению тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя электромагнитным способом в напорных трубопроводах.

Известен способ изготовления электромагнитного расходомера, электрод электромагнитного расходомера, (пат. РФ №2200937, кл. G01F 1/58; 28.08.2000 г.), где футеровку выполняют из фторопластовых стержней и втулок, а электроды на участке стенки измерительной трубы выполняют с острыми краями канавкой.

Недостатком данного электромагнитного расходомера является деформация проточного канала при воздействии температуры и давления.

Известно устройство электромагнитного датчика расхода, содержащее измерительную трубу из немагнитного неэлектропроводного материала и корпус из ферромагнитной стали (пат. Великобритании 1/58 №2160982, МПК G01F, 28.06.1985). Корпус с измерительной трубой образует полость, в которой расположены полюсные наконечники и катушки магнитной системы. Для уплотнения стыков между корпусом и измерительной трубой установлены кольца.

Недостатком устройства является сложность конструкции и ненадежное уплотнение полости датчика при колебаниях температуры окружающего воздуха и жидкости, что приводит к заполнению влагой свободных зон в полости датчика через поры и трещины в стыках соединяемых деталей корпуса и измерительной трубы.

Наиболее близким решением, прототипом по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитный датчик расхода электропроводящих жидкостей, выполненный на основе трубы из немагнитного и неэлектропроводного материала, на которой установлены катушки возбуждения, полюсные наконечники и электроды. Корпус изделия выполнен из ферромагнитной стали. Провода от катушек возбуждения и электродов выведены в клеммную коробку. Герметичность конструкции обеспечивается стальными фланцами и уплотнительными материалами. Внутренний объем корпуса заполнен смесью слюды и пропиточного лака (пат. РФ №2277699, G01F 1/58, от 10.06.2006 г.)

Недостатками конструкции прототипа являются ее низкая надежность и нетехнологичность. Полимеризация заливочного материала, изготовленного с применением полиимидных либо эпоксидных смол происходит при высоких температурах порядка 180-200°С. При этих значениях температур размягчается материал уплотнений, прежде всего электродных. Пропиточный лак в составе заливочной смеси имеет высокую проникающую способность и заполняет образовавшиеся полости в уплотнительных узлах, где остается при последующей полимеризации заливочной смеси, это приводит к нарушению герметичности прежде всего электродных узлов и, как следствие, к потере сопротивления изоляции измерительных и питающих цепей. Приготовление заливочной смеси на основе электроизоляционного пропиточного лака и технология вакуумной пропитки внутреннего объема изделия также требуют специального и дорогостоящего оборудования. Недостатком конструкции прототипа является отсутствие электрической связи потенциала протекающей по трубопроводу жидкости с корпусом изделия, что существенно влияет на помехоустойчивость изделия.

Недостатком технического решения прототипа является низкая степень герметичности корпуса, что характеризует неэффективность фланцевого уплотнения, это приводит к снижению сопротивления изоляции измерительных и питающих цепей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в исключении попадания конденсата и влаги внутрь корпуса преобразователя расхода и обеспечении стабильности работы изделия в условиях постоянно меняющихся значений температуры и давления жидкости.

Поставленная техническая задача для преобразователя расхода с неметаллической трубой с жесткой геометрией канала достигается тем, что на фланцы по внутреннему диаметру установлены цилиндрические кольца из нержавеющей стали, имеющие проточку на наружном диаметре, которые заходят в выборки по внутреннему диаметру на торцах измерительной трубы, при этом фланцевое уплотнение изделия снабжено фторопластовой кольцевой прокладкой, установленной между фланцем и прижимным кольцом, выполненными с фасками, кроме того, внутренний объем корпуса, включая магнитную систему и узлы уплотнения, заполнен пеногерметиком до уровня клеммной коробки.

Конструкция предлагаемого электромагнитного преобразователя расхода поясняется чертежами. На фиг.1 показано продольное сечение преобразователя расхода, на фиг.2 показано поперечное сечение изделия.

Электромагнитный преобразователь расхода, фиг.1, состоит из неметаллической измерительной трубы 16 с жесткой геометрией сечения канала, например керамической, и корпуса 11. Измерительная труба 16 крепится к корпусу 11 посредством фланцев 7 и заземляющих цилиндрических колец 9. Заземляющие кольца 9 обеспечивают электрическую связь потенциала измеряемой жидкости с корпусом 11. Герметичность корпуса обеспечивается фторопластовой кольцевой прокладкой 8, например, трапециидальной формы, которая винтами 18 стягивается между фасками фланца 7 и прижимного кольца 17. На корпусе 11, к примеру, посредством сварки либо на винтах установлена стойка 14, на которой крепится клеммная коробка 5. На наружном диаметре измерительной трубы 16 установлена магнитная система, состоящая из двух катушек индуктивности 10. В поперечном сечении измерительной трубы 16 установлены два электрода 15 из немагнитной стали. Провода 13 от катушек индуктивности 10 и электродов 15 через полость в стойке 14 выводятся в клеммную коробку 5 и распаиваются на печатной плате 3, фиг.1. Через отверстие в стойке 14 внутренний объем корпуса 5 заполняется в частности силиконовым пеногерметиком, который при полимеризации равномерно заполняет весь объем до места выхода проводов 13 в клеммную коробку 5. Внешняя связь электромагнитного преобразователя расхода с блоком обработки и отображения информации осуществляется специальным кабелем через соединители 2, установленные на печатной плате 3 и кабельные вводы 19, фиг.2, установленные на клеммной коробке 5. Клеммная коробка 5 закрывается герметично крышкой 1, винт 12 служит для опломбирования изделия.

Электромагнитный преобразователь расхода работает следующим образом.

К катушкам индуктивности 10 по проводам 13 подается напряжение питания, возбуждающее магнитное поле, которое пронизывает сечение измерительной трубы 16. При движении электропроводной жидкости по каналу измерительной трубы в магнитном поле наводится электродвижущая сила, значение которой с электродов 15 по проводам 13 передается в измерительную часть схемы. Величина электродвижущей силы пропорциональна скорости потока жидкости и, соответственно, ее объемному расходу. Герметичность корпуса преобразователя расхода обеспечивает фторопластовая кольцевая прокладка, например, трапециидальной формы, которая равномерно обжимается посредством винтов 18 между фасками фланца 7 и прижимного кольца 17, фиг.1, и уплотняет по наружному диаметру измерительную трубу 16. Цилиндрические кольца 9 фиксируют измерительную трубу от смещений и выполнены из материала, не подвергающегося воздействию измеряемой среды. Кольца 9 служат также для сглаживания стыков трубопровода и участков измерительной трубы 16. Кроме того, через отверстие в в стойке 14 клеммной коробки 5 внутренний объем корпуса заполняют силиконовым пеногерметиком до уровня клеммной коробки. Данный заливочный материал имеет хорошую адгезию к внутренним поверхностям корпуса и измерительной трубы, это позволяет сохранить герметичность преобразователя расхода при длительном нахождении в воде.

Заявляемое устройство электромагнитного преобразователя расхода с заливкой внутреннего объема корпуса силиконовым пеногерметиком, заземляющими кольцами и элементами фланцевого уплотнения обеспечивает по отношению к прототипу более высокий уровень надежности в течение всего срока эксплуатации.

На наружной поверхности измерительной трубы из диэлектрического материала с установленными в ней двумя электродами смонтирован магнитопровод в виде двух катушек индуктивности. Труба расположена в стальном корпусе. На корпусе на стойке закреплена клеммная коробка, к которой через полость в стойке выведены провода от катушек и электродов. На фланцах, которыми измерительная труба крепится к корпусу, установлены заземляющие кольца из нержавеющей стали, с проточкой на наружном диаметре, заходящие в выборки по внутреннему диаметру на торцах измерительной трубы. Фланцевое уплотнение обеспечено фторопластовым кольцом трапецеидальной формы, установленным между фланцем и прижимным кольцом, выполненными с фасками. Внутренний объем корпуса заполнен силиконовым пеногерметиком, полимеризация которого происходит при нормальных условиях. Заливочный материал хорошо адгезирует к внутренним поверхностям корпуса и измерительной трубы и полностью совместим с изоляцией намоточного провода катушек и выводных проводов. Изобретение обеспечивает надежную эксплуатацию расходомера в широком диапазоне температур и давлений. 2 ил.

Электромагнитный преобразователь расхода, состоящий из металлического корпуса, клеммной коробки и неметаллической измерительной трубы с жесткой геометрией сечения, на наружном диаметре которой выполнена магнитная система в виде двух катушек возбуждения магнитного поля, а в поперечном сечении установлены два электрода, провода катушек и электродов выведены в клеммную коробку и распаяны на печатной плате, отличающийся тем, что на фланцы по внутреннему диаметру установлены цилиндрические кольца из нержавеющей стали, имеющие проточку на наружном диаметре, которые заходят в выборки по внутреннему диаметру на торцах измерительной трубы, при этом фланцевое уплотнение изделия снабжено фторопластовой кольцевой прокладкой, установленной между фланцем и прижимным кольцом, выполненными с фасками, кроме того, внутренний объем корпуса, включая магнитную систему и узлы уплотнения, заполнен пеногерметиком до уровня клеммной коробки.