МАГНИТНО-ИНДУКЦИОННЫЙ РАСХОДОМЕР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК G01F1/60 G01F1/64 

Изобретение относится к магнитно-индукционному расходомеру, содержащему измерительную трубу, через которую протекает среда в основном по оси измерительной трубы, магнитное устройство, создающее переменное магнитное поле, проходящее через измерительную трубу в основном перпендикулярно оси измерительной трубы, первый измерительный электрод и второй измерительный электрод, причем измерительные электроды располагаются в измерительной трубе по соединительной линии, являющейся по существу перпендикулярной к оси измерительной трубы и магнитному полю, и блок обработки результатов и регулирования, который на основе снимаемого с измерительных электродов измерительного напряжения определяет объем или массу протекающей через измерительную трубу среды.

Для объемного измерения потока в магнитно-индукционных расходомерах используется принцип электродинамической индуктивности: перемещающиеся перпендикулярно магнитному полю носители зарядов среды наводят напряжение в измерительных электродах, расположенных также по существу перпендикулярно направлению потока среды. Это измерительное, наведенное на измерительных электродах напряжение пропорционально скорости потока среды, усредненной по поперечному сечению измерительной трубы, т.е. оно пропорционально объемному потоку. При известности плотности среды можно дополнительно получить сведения о массовом расходе протекающей через измерительную трубу среды. Как правило, измерительные электроды имеют со средой гальваническую или емкостную связь.

Из описания изобретения к патенту США №5,677,496 и ЕР 1249687 А1 известно, что на измерительных электродах наряду с собственно важным для измерения расхода переменным измерительным напряжением образуется также и составляющая постоянного напряжения, образуемая мешающими потенциалами. Для учета влияния мешающих потенциалов с обоих измерительных электродов снимают напряжение по отношению к опорному потенциалу. Под опорным потенциалом подразумевается обычно потенциал массы или земли. Затем определяют величину составляющей постоянного напряжения в напряжении, снимаемом с обоих измерительных электродов по отношению к опорному потенциалу. В описании изобретения к патенту США №5,677,496 составляющая постоянного напряжения используется для корректировки собственно сигнала измерительного напряжения. В результате получают значение напряжения, которое - теперь уже без погрешности - является непосредственной величиной объемного расхода протекающей через измерительную трубу среды.

В ЕР 1249687 А1 предусмотрено, кроме того, устройство вывода, с помощью которого пользователь получает величину составляющей постоянного напряжения в напряжении, снимаемом с обоих измерительных электродов по отношению к опорному потенциалу, для последующей обработки. Это решение уже осуществлено в расходомере PROMAG 50/53, выпускаемом и реализуемом заявителем с 2000 года. Кроме того, в ЕР 1249687 А1 описана возможность определения показателя рН среды с помощью составляющей постоянного напряжении в напряжении, снимаемом с измерительных электродов по отношению к опорному потенциалу.

Проблемой, присущей решению согласно ЕР 1249687 А1, является постоянство опорного потенциала, необходимое для достаточно высокой точности измерения. Как описано в ЕР 1249687 А1, электрохимическое мешающее напряжение измеряется по отношению к опорному потенциалу, в частности, потенциалу земли. Отсюда неизбежно следует, что точность измерения показателя рН определяется постоянством опорного потенциала. Калибровка магнитно-индукционных расходомеров проводится обычно не по месту их установки, а на заводе перед отправкой. Если, например, присоединяемые трубопроводы, используемые для калибровки расходомера, отличаются от присоединяемых трубопроводов, которые будут использоваться при эксплуатации расходомера на месте проведения измерений, то опорный потенциал изменится неопределенно, так как на него воздействует не только материал опорного электрода, но и материал подающего и отводящего трубопроводов. В отношении измерения показателя рН это значит, что выданное значение рН будет содержать грубую погрешность измерения, т.е. оно скорее будет соответствовать оценочному значению, нежели являться достоверной измеренной величиной.

В основу изобретения положена задача создания такого магнитно-индукционного расходомера, в котором электрохимическое мешающее напряжение на измерительных электродах расходомера не зависит от опорного потенциала.

Согласно первому варианту выполнения магнитно-индукционного расходомера согласно изобретению эта задача решается в результате того, что первый измерительный электрод изготавливается из первого материала А, а второй измерительный электрод - из второго материала С, отличающегося от первого материала А тем, что блок регулирования/обработки результатов определяет составляющую постоянного напряжения в напряжении, снимаемом с обоих измерительных электродов соответственно по отношению к опорному потенциалу, и что блок регулирования/обработки результатов выдает на основании составляющей постоянного напряжения специфичную для среды информацию. Предпочтительно, чтобы в качестве опорного потенциала использовался потенциал земли.

Согласно второму варианту выполнения магнитно-индукционного расходомера согласно изобретению указанная задача решается за счет того, что первый измерительный электрод изготавливается из первого материала А, а второй измерительный электрод - из второго материала С, отличающегося от первого материала А тем, что блок регулирования/обработки результатов определяет разность постоянных напряжений на обоих измерительных электродах и что блок регулирования/обработки результатов выдает специфичную для среды информацию на основе этой разности постоянных напряжений. В целях снижения погрешности измерения блок регулирования/обработки результатов может усреднять составляющую постоянного напряжения или разность постоянных напряжений в оптимальном варианте развития расходомера согласно изобретению за несколько измерительных периодов.

В предпочтительном варианте развития магнитно-индукционного расходомера согласно изобретению специфичная для среды информация представляет собой физическую или электрохимическую величину. В случае электрохимической величины определяют предпочтительно концентрацию ионов, электрохимический потенциал или рН среды. В качестве физической величины выдается, например, информация о полном сопротивлении или же электропроводности протекающей по измерительной трубе среды.

Применительно к настоящему изобретению особо предпочтительно, чтобы на основании предшествующих данных была получена информация об изменениях, касающихся расходомера или процесса. В варианте выполнения магнитно-индукционного расходомера согласно изобретению для этого предусмотрен блок памяти, в котором хранится полученная, специфичная для среды информация или информация о составляющей постоянного напряжения в зависимости от времени, при этом на основе временного изменения специфичной для среды информации вырабатывается сообщение, коррелированное соответствующим заданным изменением расходомера или процесса. В частности, в блок памяти заносится, по меньшей мере, одна уставка для специфичной для среды информации; если измеренный или полученный фактический показатель превышает или находится ниже уставки или допуска, заданного на величину уставки, то выдается, сохраняется или передается в вышестоящий диспетчерский пункт соответствующее сообщение.

Подробнее изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - схематически магнитно-индукционный расходомер согласно изобретению;

A) без опорного электрода,

B) с опорным электродом;

фиг.2 - схематически напряжение, снимаемое с измерительных электродов.

На фиг. 1А и 1B схематически изображен магнитно-индукционный расходомер согласно изобретению. Если на фиг.1А показан вариант выполнения без опорного электрода 5, то на фиг.1B представлен вариант с опорным электродом 5. Вследствие этой единственной разницы приводимый ниже вариант выполнения будет поясняться с помощью фиг.1А.

Через измерительную трубу 2 расходомера 1, не показанного отдельно на чертеже, протекает среда 11 по оси 16 измерительной трубы. Для применения магнитно-индукционного принципа измерения среда 11 является, по меньшей мере, незначительно электропроводной. Измерительная труба 2 выполнена из непроводящего материала или же она футерована, по меньшей мере, на своей внутренней стороне непроводящим материалом.

На обоих боковых участках измерительной трубы 2 диаметрально расположены оба измерительных электрода 3, 4. Согласно изобретению оба измерительных электрода 3, 4 изготовлены из разных материалов: материала А и материала С, или же имеют соответствующие покрытия. При необходимости применяется опорный электрод 5, расположенный предпочтительно в нижней части измерительной трубы 2 и соединенный с потенциалом массы или земли.

Под действием переменного магнитного поля В, направленного в основном перпендикулярно направлению потока среды 11 и создаваемого обоими диаметрально расположенными электромагнитами 6, 7, находящиеся в среде 11 носители заряда движутся к измерительному электроду 3, 4 соответственно с обратным полюсом. Образующееся на измерительных электродах 3, 4 измерительное напряжение U пропорционально скорости потока среды, усредненной по поперечному сечению измерительной трубы 2, т.е. оно служит величиной объемного расхода среды 11 в измерительной трубе 2. Измерительное напряжение U снимается либо между обоими измерительными электродами 3, 4 (фиг.1A), либо между соответственно измерительным электродом 3, 4 и опорным электродом 5 (фиг.1B), причем в последнем случае при образовании разности опорный потенциал исключается из уравнения. Измерительный усилитель для магнитно-индукционного расходомера 1 раскрыт в ЕР 0814324 В1.

Измерительная труба 2 сообщена через соединительные элементы, например, фланцы, которые на чертеже отдельно не показаны, соответственно с подводящим или отводящим трубопроводом.

Как показано на фиг.2, на измерительных электродах 3, 4 присутствует наряду с собственно переменным измерительным напряжением U(t), важным для измерения расхода, также составляющая U_G постоянного напряжения, создаваемого электрохимическими и, следовательно, зависящими от среды мешающими потенциалами.

Составляющая U_G постоянного напряжения наложена на собственно измерительное напряжение U(t). Для учета влияния мешающих потенциалов или составляющей U_G постоянного напряжения с обоих измерительных электродов 3, 4 снимается соответственно измерительное напряжение

U₃

(t),

U₄

(t) между измерительным электродом 3, 4 и опорным электродом 5. После этого в блоке 12 регулирования/обработки результатов образуется разность обоих полученных измерительных напряжений

U₃

(t),

U₄

(t) (фиг.2). Вследствие образования разности

U₃

(t)-

U₄

(t) сокращается опорный потенциал

Ф_R,

в результате чего измерительное напряжение U(t) соответствует разности обоих потенциалов измерительных электродов

Ф₃

_-

Ф₄.

Следовательно, собственно измеренное значение, используемое для определения объемного расхода и электрохимической или физической величины, не зависит от опорного потенциала

Ф_R.

Опорный потенциал

Ф_R

обычно представляет собой потенциал массы или земли. В качестве альтернативы определяют напряжение между обоими измерительными электродами 3, 4 (фиг.1). Неконтролируемые изменения опорного потенциала

Ф_R,

вызванные, например, трубопроводной системой на месте установки расходомера, когда например, трубопроводная система состоит из другого материала, чем измерительная труба 2, не оказывают никакого влияния на точность измерения многопараметрического расходомера 1.

В обоих рассмотренных вариантах расходомера 1 согласно изобретению измерительные электроды 3, 4 и, при необходимости, опорный электрод 5 непосредственно контактируют со средой.

Через соединительные линии 8, 9, 10 измерительные электроды 3, 4 и, при необходимости, опорный электрод 5 связаны с блоком 12 регулирования/обработки результатов. Блок 12 регулирования/обработки результатов соединен через соединительную линию 13 с устройством вывода 14. Кроме того, с помощью блока 12 регулирования/обработки результатов производится перемена полярности магнитного поля В или электромагнитов 6, 7.

Блок 12 регулирования/обработки результатов подключен к блоку памяти 15. В блоке 12 регулирования/обработки результатов задается уставка SOLL, по меньшей мере, для физической или электрохимической величины, при необходимости и для разных сред 11. Уставка или уставки SOLL для важной физической или электрохимической величины (величин) может (могут) быть специфицирована(ы) также и при введении в эксплуатацию расходомера, причем замеренное к этому моменту фактическое значение 1ST вводится в память в качестве уставки SOLL. Если с течением времени изменится замеренное фактическое значение 1ST, то из этого изменения могут быть сделаны выводы относительно изменений, происшедших в расходомере или процессе. Если, например, показатель рН резко изменился, то это указывает на то, что состав среды 11 или же сама среда 11 изменилась. Это относится и к резкому изменению электропроводности, тогда как ее медленное изменение позволяет сделать вывод лишь о загрязнении измерительных электродов. Если происшедшее отклонение выходит за пределы заданного допуска TOL или же последовательное изменение превышает заданный допуск TOL, то на устройстве индикации 14 выдается соответствующее сообщение. В качестве альтернативы тревожное сообщение может направляться по шине в вышестоящий диспетчерский пункт.

Перечень позиций

1 расходомер 2 измерительная труба 3 измерительный электрод 4 измерительный электрод 5 опорный электрод 6 электромагнит 7 электромагнит 8 соединительная линия 9 соединительная линия 10 соединительная линия 11 среда 12 блок регулирования/обработки результатов 13 соединительная линия 14 устройство вывода 15 блок памяти 16 ось измерительной трубы 17 аналого-цифровой преобразователь 18 аналого-цифровой преобразователь

В измерительной трубе (2) магнитно-индукционного расходомера (1) по соединительной линии, проходящей перпендикулярно магнитному полю (Н), которое создают электромагниты (6, 7), установлены первый измерительный электрод (3) и второй измерительный электрод (4). Электрод (3) изготовлен из первого материала (А), а электрод (4) - из второго материала (С), отличающегося от первого материала (А). Блок (12) регулирования/обработки результатов определяет объемный или массовый расход среды (11), протекающий по измерительной трубе (2), на основе снимаемого с измерительных электродов (3, 4) измерительного напряжения. Блок (12) регулирования/обработки результатов также определяет составляющую (U_G) постоянного напряжения в напряжении (U₃, U₄), снимаемом с обоих измерительных электродов (3, 4) по отношению к потенциалу (Ф_R) заземленного опорного электрода (5), и на основе (U_G) выдает специфичную для среды информацию, представляющую собой полное сопротивление или электропроводность среды (11), протекающей по трубе (2), или концентрацию ионов, электрохимический потенциал или показатель рН среды. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения многопараметрического расходомера. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Магнитно-индукционный расходомер (1), содержащий: измерительную трубу (2), через которую протекает среда (11) в основном по оси (16) измерительной трубы, магнитное устройство (6, 7), создающее магнитное поле (Н), проходящее через измерительную трубу (2) в основном перпендикулярно ее оси (16), первый измерительный электрод (3) и второй измерительный электрод (4), причем измерительные электроды (3, 4) установлены в измерительной трубе (2) по соединительной линии, проходящей по существу перпендикулярно оси (16) измерительной трубы и магнитному полю (Н), и блок регулирования/обработки результатов, который определяет объемный или массовый расход среды (11) в измерительной трубе (2) на основе снимаемого с измерительных электродов (3, 4) измерительного напряжения, отличающийся тем, что первый измерительный электрод (3) изготовлен из первого материала (А), второй измерительный электрод (4) - из второго материала (С), отличающегося от первого материала (А), и что блок (12) регулирования/обработки результатов определяет составляющую (U_G) постоянного напряжения в напряжении U₃, U₄, снимаемом с обоих измерительных электродов (3, 4) по отношению к опорному потенциалу (Ф_R), и что блок (12) регулирования/обработки результатов выдает специфичную для среды информацию на основе составляющей (U_G) постоянного напряжения.

2. Магнитно-индукционный расходомер по п.1, отличающийся тем, что опорный потенциал (Ф_R) представляет собой потенциал земли.

3. Магнитно-индукционный расходомер по п.1, отличающийся тем, что блок (12) регулирования/обработки результатов усредняет составляющую (U_G) постоянного напряжения.

4. Магнитно-индукционный расходомер по п.1, отличающийся тем, что специфичная для среды информация представляет собой физическую или электрохимическую величину.

5. Магнитно-индукционный расходомер по п.4, отличающийся тем, что электрохимическая величина представляет собой концентрацию ионов, электрохимический потенциал или показатель рН среды.

6. Магнитно-индукционный расходомер по п.4, отличающийся тем, что физическая величина представляет собой полное сопротивление или электропроводность среды (11), протекающей по измерительной трубе (2).

7. Магнитно-индукционный расходомер по п.1, отличающийся тем, что он содержит блок памяти (15), в котором хранится полученная, специфичная для среды информация (INFO) в зависимости от времени (t) и блок (12) регулирования/обработки результатов выдает сообщение на основе временного изменения специфичной для среды информации (INFO), коррелированное изменением в расходомере (1) или в процессе.

8. Магнитно-индукционный расходомер по п.7, отличающийся тем, что в блоке памяти (15) хранится, по меньшей мере, одна уставка (SOLL) для специфичной для среды информации (INFO) и что предусмотрено устройство индикации (14), выдающее сообщение в том случае, когда измеренное или полученное фактическое значение (1ST) превышает или меньше уставки (SOLL) или допуска (TOL), заданного на величину уставки (SOLL).

9. Магнитно-индукционный расходомер (1), содержащий: измерительную трубу (2), через которую протекает среда (11) в основном по оси (16) измерительной трубы, магнитное устройство (6, 7), создающее магнитное поле (В), проходящее через измерительную трубу (2) в основном перпендикулярно ее оси (16), первый измерительный электрод (3) и второй измерительный электрод (4), причем измерительные электроды (3, 4) установлены в измерительной трубе (2) по соединительной линии, проходящей по существу перпендикулярно оси (16) измерительной трубы и магнитному полю (В), и блок (12) регулирования/обработки результатов, который определяет объемный или массовый расход среды (11) в измерительной трубе (2), на основе снимаемого с измерительных электродов (3, 4) измерительного напряжения, отличающийся тем, что первый измерительный электрод (3) изготовлен из первого материала (А), второй измерительный электрод (4) - из второго материала (С), отличающегося от первого материала (А), и блок (12) регулирования/обработки результатов определяет разность (U_G) постоянных напряжений на обоих измерительных электродах (3, 4) и блок (12) регулирования/обработки результатов выдает специфичную для среды информацию на основе разности (U_G) постоянных напряжений.

10. Магнитно-индукционный расходомер по п.9, отличающийся тем, что блок (12) регулирования/обработки результатов усредняет составляющую (U_G) постоянного напряжения или разность (U_G) постоянных напряжений за несколько периодов измерения.

11. Магнитно-индукционный расходомер по п.9, отличающийся тем, что специфичная для среды информация представляет собой физическую или электрохимическую величину.

12. Магнитно-индукционный расходомер по п.11, отличающийся тем, что электрохимическая величина представляет собой концентрацию ионов, электрохимический потенциал или показатель рН среды.

13. Магнитно-индукционный расходомер по п.11, отличающийся тем, что физическая величина представляет собой полное сопротивление или электропроводность среды (11), протекающей по измерительной трубе (2).

14. Магнитно-индукционный расходомер по п.9, отличающийся тем, что он содержит блок памяти (15), в котором хранится полученная, специфичная для среды информация (INFO) в зависимости от времени (t) и блок (12) регулирования/обработки результатов выдает сообщение на основе временного изменения специфичной для среды информации (INFO), коррелированное изменением в расходомере (1) или в процессе.

15. Магнитно-индукционный расходомер по п.14, отличающийся тем, что в блоке памяти (15) хранится, по меньшей мере, одна уставка (SOLL) для специфичной для среды информации (INFO) и предусмотрено устройство индикации (14), выдающее сообщение в том случае, когда измеренное или полученное фактическое значение (1ST) превышает или меньше уставки (SOLL) или допуска (TOL), заданного на величину уставки (SOLL).