ДАТЧИК ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СЧЕТЧИКА ЖИДКОСТИ Российский патент 2009 года по МПК G01F1/32 G01F1/58 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода электропроводных жидкостей в водо-, теплоснабжении, энергетике, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения электропроводной жидкости - вихревой электромагнитный расходомер-счетчик жидкости (патент РФ №2142614, МКИ G01F 1/32, опубл. 10.12.1999), включающий в себя измерительный участок трубопровода с телом обтекания, продольная ось которого перпендикулярна к оси трубопровода, магнитную систему, размещенную в теле обтекания или снаружи измерительного участка, создающую магнитное поле, направленное параллельно продольной оси тела обтекания, два электрода, по крайней мере один из которых введен в контролируемую область внутритрубного пространства и ориентирован продольной осью параллельно продольной оси тела обтекания, блок обработки выходного сигнала. Электрод, введенный в контролируемую область внутритрубного пространства, электроизолирован токовыводящей частью. Электроконтактная часть электрода не превышает расстояние между полюсными наконечниками магнитной системы.

Недостатком данного устройства является отложение содержащихся в жидкости механических ферромагнитных включений и продуктов коррозии на стенках трубопровода в области действия магнитного поля. Это ухудшает качество выходного сигнала расходомера вплоть до полной неработоспособности прибора. Ухудшение качества сигнала приводит к метрологическому отказу прибора. Данное устройство также характеризуется достаточно большой материалоемкостью магнитной системы.

Известно устройство для измерения расхода электропроводной жидкости (патент РФ №2137094, МКИ G01F 1/32, опубл. 10.09.1999), содержащее трубопровод с размещенным в нем тела обтекания, два электрически изолированных электрода, расположенных последовательно за телом обтекания, третий электрод, соединенный с трубопроводом, магнитную систему, состоящую из двух магнитов, расположенных разноименными полюсами на противоположных стенках трубопровода параллельно продольной оси тела обтекания и электродов, блок обработки выходного сигнала.

Недостатком данной системы является расположение магнитов на противоположных стенках трубопровода, что приводит к необходимости использования достаточно мощных магнитов для создания напряженности магнитного поля в области электроконтактной части электрода, достаточной для формирования приемлемого уровня выходного сигнала, что также приводит к повышению материалоемкости магнитной системы и устройства в целом. Еще одним недостатком данного устройства также является накопление отложений механических ферромагнитных включений и продуктов коррозии, содержащихся в жидкости, на стенках трубопровода в области расположения магнита. Данным недостатком страдают все устройства измерения расхода жидкости с ферромагнитными включениями, в которых магнитная система имеет магнит в нижней проточной части трубопровода. К подобным жидкостям можно отнести не только практически любую жидкость, используемую в технологических процессах, но и обычную питьевую воду. Ферромагнитные примеси (опилки, стружка, окалина и т.д.) в потоке жидкости из-за своей большой плотности по сравнению с плотностью жидкости находятся именно в нижней части внутреннего сечения трубопровода, что при малых скоростях потока жидкости практически гарантирует их захват магнитным полем, создающимся магнитом, расположенным на внешней стороне нижней части трубопровода. Это ухудшает качество выходного сигнала расходомера и может привести к полной потере работоспособности прибора.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство - вихревой расходомер жидкостей с ионной проводимостью (см. П.П.Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества вещества. Санкт-Петербург: Политехника, 2004 г., с.298-299; Митин А.М. ВЭПС; Современное состояние перспективы развития. Материалы 12-й конф: Совершенствование измерение расхода жидкости, газа и пара. - СПб.: Борей-Арт, апр. 2002., с.214-222), содержащее измерительный участок трубопровода из немагнитного материала, тело обтекания, установленное по диаметру трубопровода, электроизолированный электрод, введенный в контролируемую область трубопровода, блок обработки выходного сигнала, постоянный магнит, установленный на внешней стороне трубопровода соосно электроконтактной части электрода.

Расположение магнита в данном устройстве приводит к тем же недостаткам, которые присущи устройству для измерения расхода электропроводной жидкости (патент РФ №2137094, МКИ G01F 1/32, опубл. 10.09.1999), это отложение содержащихся в жидкости механических ферромагнитных включений и продуктов коррозии на стенках трубопровода в области расположения магнита, особенно в области, расположенной за телом обтекания в нижней части трубопровода, что приводит к ухудшению качества выходного сигнала расходомера вплоть до полной неработоспособности прибора по причине замыкания электроконтактной части электрода на стенку трубопровода. Для данного устройства также характерна достаточно большая материалоемкость магнитной системы.

Техническим результатом, обеспечиваемым настоящим изобретением, является повышение надежности прибора, увеличение срока работоспособности прибора, снижение материалоемкости устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для измерения расхода жидкости, содержащем измерительный участок трубопровода, блок обработки выходного сигнала, магнитную систему, тело обтекания, установленное во внутреннем пространстве измерительного участка трубопровода, и расположенный за ним по направлению движения жидкости чувствительный элемент в виде двух электроизолированных электродов, по крайней мере один из которых введен внутрь измерительного участка и выполнен в виде протяженного тела, имеющего длину электроконтактной части, не превышающей диаметр трубопровода на данном участке, и электроизолированного от трубопровода втулкой, часть которой расположена внутри трубопровода, магнитная система состоит из двух и более магнитов, расположенных в верхней ближней к области введения электродов части трубопровода, установленных снаружи трубопровода одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода, введенного внутрь измерительного участка, и ориентированных полярными осями в точку пересечения продольной оси электрода и продольной оси трубопровода.

Использование в настоящем изобретении магнитной системы из двух и более магнитов, расположенных в верхней ближней к области введения электродов части трубопровода, установленных снаружи трубопровода одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода, введенного внутрь измерительного участка, и ориентированных полярными осями в область пересечения продольной оси электрода и продольной оси трубопровода, приводит к следующим преимуществам относительно известного аналога (прототипа):

- геометрия магнитной системы и удаленность магнитов от стенок трубопровода создают условия, при которых магнитное поле, создаваемое магнитной системой устройства, в зоне введения электродов в измерительный участок трубопровода практически отсутствует. Таким образом, на внутренней поверхности трубопровода в зоне введения электродов в измерительный участок трубопровода не будет примагниченных ферромагнитных частиц. Магниты, сориентированные полярными осями в область пересечения продольной оси электрода и продольной оси трубопровода, удалены от стенки трубопровода, что значительно уменьшает силу притяжения находящихся в жидкости ферромагнитных включений и продуктов коррозии. Применение изолятора в верхней части электрода исключает замыкание электрода на стенку трубопровода измерительного участка. Это приводит к полному исключению главного недостатка вихревых электромагнитных преобразователей расхода - замыканию измерительных электродов на корпус измерительного участка трубопровода через скопления ферромагнитных частиц осаждаемых под действием магнитной системой устройства в ходе эксплуатации устройства.

- создаются более благоприятные условия для смыва ферромагнитных примесей потоком жидкости с мест возможного налипания мелких ферромагнитных включений и продуктов коррозии в областях расположения магнитов. Это связано с тем, что зоны возможного налипания ферромагнитных включений в устройстве расположены по поперечному сечению трубопровода вне участка трубопровода, расположенного непосредственно за телом обтекания. При этом формирующаяся за телом обтекания при движении жидкости вследствие эффекта Кармана вихревая дорожка препятствует налипанию ферромагнитных включений и продуктов коррозии в местах установки магнитов, находящихся перед электродом по ходу движения жидкости,

- исключение налипания крупных и средних фракций ферромагнитных включений и продуктов коррозии к стенкам трубопровода в местах расположения магнитов в области введения чувствительного элемента - электроконтактной части электрода внутри измерительного участка. Это связано с тем, что ферромагнитные примеси в потоке жидкости из-за своей большой плотности по сравнению с плотностью жидкости находятся в нижней части внутреннего сечения трубопровода.

На фиг.1 представлен предлагаемый датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости в плоскости продольной оси тела обтекания в поперечном сечении трубопровода А-А. Датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости содержит измерительный участок трубопровода 1, по диаметру трубопровода установлено тело обтекания 2, расположенные за телом обтекания электроды, по крайней мере, один из которых введен в контролируемую область измерительного участка трубопровода и выполнен в виде протяженного тела - стержня 3, магниты 4, расположенные в верхней ближней к области введения электродов части трубопровода, установленные снаружи трубопровода 1 одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода 3, введенного внутрь измерительного участка, и сориентированные полярными осями 9 в область пересечения продольной оси электрода 3 и продольной оси трубопровода, блок обработки выходного сигнала 5, втулка изолятор 6, диаметральная ось трубопровода 7.

На фиг.2 представлен предлагаемый датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости в плоскости продольной оси тела обтекания в продольном сечении трубопровода. Датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости содержит измерительный участок трубопровода 1, тело обтекания 2, установленное по диаметру трубопровода, расположенные за телом обтекания электроды, по крайней мере один из которых введен в контролируемую область измерительного участка трубопровода и выполнен в виде протяженного тела - стержня 3, магниты 4, расположенные в верхней ближней к области введения электродов части трубопровода, установленные снаружи трубопровода 1 одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода 3, введенного внутрь измерительного участка, и сориентированные полярными осями 9 в точку пересечения продольной оси электрода 3 и продольной оси трубопровода 8, блок обработки выходного сигнала 5, втулка изолятор 6, диаметральная ось трубопровода 7, продольная ось трубопровода 8.

Датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости работает следующим образом. Поток жидкости с ионной проводимостью при прохождении через измерительный участок трубопровода 1 движется вдоль его продольной оси 8 и взаимодействует с телом обтекания 2, жестко укрепленным во внутритрубном пространстве по диаметральной оси 7 трубопровода 1. Периодический срыв вихрей Кармана с одной стороны и с другой стороны тела обтекания образует двойную вихревую дорожку Кармана, что создает синхронные колебания жидкости, распространяющиеся в плоскости, перпендикулярной продольной оси 8 трубопровода 1. Колебания жидкости в магнитном поле, создаваемом двумя и более магнитами 4, индуцирует в чувствительном элементе 3 знакопеременный электрический сигнал. Сигнал с электродов поступает в блок обработки выходного сигнала 5.

Изобретение может быть использовано для определения расхода электропроводных жидкостей, загрязненных ферромагнитными частицами. Внутри измерительного участка трубопровода установлено тело обтекания, за которым по направлению движения жидкости расположен чувствительный элемент в виде двух электродов, сигнал с которых поступает в блок обработки выходного сигнала. По крайней мере один из электродов введен внутрь измерительного участка трубопровода и электроизолирован втулкой. В верхней ближней к области введения электродов части трубопровода снаружи расположены два и более магнита магнитной системы, установленные одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода, введенного внутрь измерительного участка, и ориентированные полярными осями в точку пересечения продольных осей электрода и трубопровода. Изобретение имеет повышенную надежность благодаря исключению замыкания электродов на стенку трубопровода, обладает низкой материалоемкостью. 2 ил.

Датчик вихревого электромагнитного счетчика жидкости, включающий в себя измерительный участок трубопровода, блок обработки выходного сигнала, магнитную систему, тело обтекания, установленное во внутреннем пространстве измерительного участка трубопровода, и расположенный за ним по направлению движения жидкости чувствительный элемент в виде двух электроизолированных электродов, по крайней мере, один из которых введен внутрь измерительного участка трубопровода и выполнен в виде протяженного тела, имеющего длину электроконтактной части, не превышающую диаметр трубопровода на данном участке, и электроизолированного от трубопровода втулкой, часть которой расположена внутри трубопровода, отличающийся тем, что магнитная система состоит из двух и более магнитов, расположенных в верхней, ближней к области введения электродов части трубопровода, установленных снаружи трубопровода одинаковыми полюсами по направлению к продольной оси электрода, введенного внутрь измерительного участка, и ориентированных полярными осями в точку пересечения продольной оси электрода и продольной оси трубопровода.