МАГНИТНО-ИНДУКТИВНЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2010 года по МПК G01F25/00 G01F1/58 

Изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру с измерительной трубой, в которой среда протекает по существу в направлении оси измерительной трубы, магнитным устройством, которое генерирует пронизывающее измерительную трубу по существу вертикально к ее оси изменяющееся магнитное поле, двумя по существу по соединительной линии расположенными измерительными электродами, причем соединительная линия проходит по существу вертикально к оси измерительной трубы и магнитному полю, и регулирующим/обрабатывающим данные устройством, которое на основании измеренного на измерительных электродах напряжения определяет объем или массу протекающей по измерительной трубе среды.

Магнитно-индуктивные расходомеры при волюмометрическом определении параметров потока используют принцип электродинамической индукции: вертикально к магнитному полю перемещающиеся относящиеся к среде носители заряда индуцируют в измерительных электродах, расположенных также по существу вертикально к направлению потока среды, напряжение. Это, индуцированное в измерительных электродах, измеряемое напряжение пропорционально вычисленной скорости протекания среды через поперечное сечение измерительной трубы; оно пропорционально также объемному потоку. При известной плотности среды можно, кроме того, сделать ввод о массовом потоке протекающей по измерительной трубе среды. Связь измерительных электродов со средой обычно гальваническая или емкостная.

В связи с определением параметров объемного потока и/или контролированием с учетом его магнитно-электрическим расходомером все более проявляется тенденция к предоставлению пользователю наряду с информацией об объемном потоке и информации о работоспособности расходомера. В ходу в связи с этим в настоящее время термин «прогностическое техническое обслуживание». Целью этого стремления, в конечном счете, является исключение или сведение до минимума времени простоя и времени отказа в работе.

В основу изобретения положена задача улучшения магнитно-индуктивного расходомера в направлении того, чтобы он предоставлял информацию относительно дефектов расходомера в целом или отдельных его компонентов.

Задача решается тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство определяет фактическое время настройки до достижения расходомером стабильного режима измерений, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство сравнивает фактическое время настройки с заранее заданным нормативным для этого расходомера временем до достижения стабильного режима измерения, а также тем, что если фактическое время настройки окажется продолжительнее нормативного времени настройки, регулирующее/обрабатывающее данные устройство генерирует сигнал ошибки. Под временем настройки понимается при этом время, необходимое для достижения магнитно-индуктивным расходомером стабильного режима работы после включения в работу. Этот стабильный режим работы достигается расходомером в результате итерационного процесса, во время которого происходит определение регулируемого/регулируемых параметра/параметров, необходимых, например, для оптимального, специфичного для сенсорного устройства переключения магнитного поля. Соответствующие итерационные процессы известны в уровне техники и далее рассматриваются подробнее. Если продолжительность фактического времени настройки оказывается больше продолжительности нормативного времени настройки, имеет место свидетельство того, что в расходомере имеется дефект.

В частности, предусмотрено, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство генерирует сигнал ошибки, если расхождение между фактическим измеренным временем настройки и нормативным временем настройки до достижения стабильного режима работы расходомера больше заранее заданного допустимого значения.

Согласно предпочтительному варианту исполнения соответствующего изобретению устройства предлагается, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство генерирует указывающий на нарушение механической стабильности магнитного устройства сигнал ошибки, подаваемый на основании превышения фактическим временем настройки расходомера заранее заданного нормативного времени настройки до достижения расходомером стабильного режима работы. Следовательно, превышенное время настройки является признаком того, что, например, произошло отсоединение полюсных башмаков. Вибрации при переключении магнитного поля, обусловленные механической неустойчивостью, очень существенно увеличивают время настройки тока в катушках. В соответствии с изобретением, таким образом, путем контролирования времени настройки надежно выявляется механическая неустойчивость магнитной системы.

Как указано выше, под нормативным временем настройки понимается время, которое необходимо для того, чтобы расходомер правильно определил значение, по меньшей мере, одного регулируемого параметра. Под регулируемым параметром понимается специфический для сенсорного устройства параметр, в частности напряженность магнитного поля или протекающий в блоке катушек магнитного устройства ток катушек после переключения магнитного поля.

Как уже отмечено выше, регулирующее/обрабатывающее данное устройство определяет специфический для сенсорного устройства параметр или регулируемый параметр предпочтительно с помощью итерационного процесса приближения, причем процесс приближения начинается с заранее заданной стартовой величины специфического для датчика или регулируемого параметра. Согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению расходомера предусматривается, что под специфическим для сенсорного устройства параметром или регулируемым параметром, который итерационно определяет регулирующее/обрабатывающее данные устройство, понимается минимальный период времени, который необходим для того, чтобы сила протекающего через блок катушек тока приобрела по существу постоянное конечное значение I_const.

В магнитно-индуктивном расходомере переключение магнитного поля регулируется протекающим через катушки магнитного устройства током. В идеальном варианте динамика изменения тока в блоке катушек соответствует динамике изменения магнитного поля. По причине вихревых полей, возникающих в полюсных башмаках и сердечниках блока катушек, в реальности происходят отклонения от идеального варианта. Измеренный за пределами блока катушек ток в катушках соответствует, поэтому, сумме протекающего в катушке тока и тока, генерированного вихревыми полями. Если за регулируемый параметр принимают измеренный за пределами блока катушек ток, то тогда все же установившимся является ток, а не магнитное поле. Это справедливо до тех пор, пока не исчезнут вихревые поля.

Для предотвращения этого несоответствия в ЕР 0969268 А1 предлагается для слежения за напряжением в блоке катушек применять ток не непосредственно. Для быстрой смены направления магнитного поля при переключении магнитного поля на период нарастания на блок катушек подается повышенное напряжение. Длительность повышенного напряжения устанавливают последовательно таким, что по истечении времени нарастания ток достигает максимальной величины, и после этого не происходит дальнейшего увеличения тока в катушках. После достижения указанного максимума ток в катушках асимптотически приближается к конечной величине тока. Согласно известному в уровне техники способу магнитное поле после достижения максимума тока имеет соответствующую стабильной конечной величине тока стабильную конечную напряженность магнитного поля. Продолжительность фазы переключения задана характеристикой тока в катушках. Поскольку стабильность измеряемого сигнала нарушается, наряду с прочим, и по причине индуктивной подачи энергии от блока катушек к измерительным электродам, во время измерения разницы напряжения между измерительными электродами напряжение на блоке катушек, а также ток в катушках должны быть стабильными. В известном в уровне технике способе это имеет место благодаря асимптотическому приближению к конечной величине лишь тогда, когда вихревые потоки полностью прекратились. Альтернативный вариант осуществления соответствующего изобретению расходомера, известный из ЕР 1460394 А2, предлагает считать специфическим для сенсора параметром или регулируемым параметром, который итерационно определяет регулирующее/обрабатывающее данные устройство, базовый интервал времени t_ref,

в течение которого регулирующее/обрабатывающее данные устройство при переключении магнитного поля подает повышенное напряжение U_drv

на блок катушек, причем повышенное напряжение U_drv

после достижения стабильного результата измерения имеет такую величину, что протекающий через блок катушек ток по окончании базового интервала времени постоянно уменьшается относительно по существу стабильной конечной величины тока I_cont.

Определение оптимального интервала времени I_short происходит предпочтительно методом проб и ошибок. Определенные во время фазы переключения поля измеряемые параметры используются для оптимизации интервала времени I_short для последующей фазы переключения.

Предпочтительно процесс осуществляется следующим образом: регулирующее/ обрабатывающее данные устройство подает во время первого процесса переключения для заранее заданного интервала времени I_short противодействующее напряжение на блок катушек; затем регулирующее/обрабатывающее данные устройство в течение заранее заданного интервала времени I_cont проводит несколько измерений величины тока; в случае, если по истечении интервала времени t_short конечная величина тока не достигнута, интервал времени t_short увеличивают; в случае, если конечная величина тока достигнута до истечения интервала времени t_short, интервал времени t_short уменьшают.

Согласно соответствующему изобретению варианта осуществления изобретения предусмотрено, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство с заранее установленными периодическими или непериодическими интервалами контролирует фактическое время настройки. В качестве альтернативы варианте предлагается, чтобы регулирующее/обрабатывающее данные устройство вызывало определение или контроль фактического времени настройки по команде.

Со ссылками на прилагаемые чертежи изобретение рассматривается подробнее. Изображено следующее:

фиг.1 - схематическое изображение соответствующего изобретению расходомера и

фиг.2 - блок-схема настройки регулирующего/обрабатывающего данные устройства.

Фиг.1 показывает схематический вид одного из вариантов исполнения соответствующего изобретению расходомера 1. В измерительной трубе 2 вдоль ее оси 3 протекает среда 11. Среда 11 обладает, по меньшей мере, небольшой электропроводимостью. Сама измерительная труба 2 изготовлена из не обладающего электропроводимостью материала, или же, по меньшей мере, ее внутренняя поверхность облицована не проводящим электричество материалом.

По существу вертикально к направлению потока среды 11 направленное магнитное поле В создается диаметрально расположенным блоком катушек 6, 7 или двумя электромагнитами. Под влиянием магнитного поля В находящиеся в среде 11 носители зарядов в зависимости от их полярности перемещаются к одному из двух находящихся противоположно поляризованных измерительных электродов 4, 5. Создающееся на измерительных электродах 4, 5 напряжение пропорционально измеренной скорости течения среды 11 через поперечное сечение измерительной трубы 2, т.е. оно является мерой объемного потока среды 11 в измерительной трубе 2. Измерительная труба 2, кстати, соединительными элементами, например фланцами, которые отдельно на чертеже не изображены, присоединена к системе труб, по которым протекает среда 11.

В обоих отображенных случаях измерительные электроды 4, 5 находятся в непосредственном контакте с измерительной средой 11; связь, однако, как уже отмечено в соответствующем месте, может иметь и емкостную природу.

Соединительными линиями 12, 13 измерительные электроды 4, 5 соединены с регулирующим/обрабатывающим данные устройством 8. Соединение между блоками катушек 6, 7 и регулирующим/обрабатывающим данные устройством 8 осуществляется соединительными линиями 14, 15. Регулирующее/обрабатывающее данные устройство 8 соединено соединительной линией 16 с устройством ввода/вывода 9. К регулирующему/обрабатывающему данные устройству подключен блок памяти 10.

На фиг.2 изображена блок-схема настройки регулирующего/обрабатывающего данные устройства 8. Стартовые значения отдельных управляющих параметров задаются в зависимости от соответствующего примененного итерационного процесса приближения. Если, например, применяют предложенный в ЕР 0969268 А1 итерационный процесс приближения, то для времени нарастания, в течение которого на блок катушек подается повышенное напряжение, стартовые значения должны задаваться сами.

Если применяют известный из ЕР 1460394 А2 способ, то необходимо стартовое значение для базового интервала времени t_ref, в течение которого регулирующее/обрабатывающее данные устройство при переключении магнитного поля подает повышенное напряжение U_drv на блок катушек, причем повышенное напряжение U_drv устанавливается по достижении стабильного режима измерения таким, что протекающий в блоке катушек ток по окончании базового интервала времени относительно по существу стабильной конечной величины тока I_cont непрерывно уменьшается. Кроме того, в этом случае необходимо задавать стартовое значение U_drv.

Пункт 22 выполняется в более позднее время - например, после повторного ввода расходомера 1 в действие - определяют фактическую продолжительность времени настройки до достижения стабильного режима работы расходомера 1 и сравнивают с сохраненной в памяти нормативной продолжительностью времени настройки. В случае превышения фактическим временем настройки заданного нормативного времени настройки более чем на разницу времени Δ, происходит перепроверка согласно пункту 23 программы, поскольку это является признаком механического дефекта в расходомере, который сказывается на правильности переключения магнитного поля. В этом случае согласно пункту 24 программы подается сигнал ошибки. Под дефектом понимается, например, расшатывание магнитного устройства по причине ослабшего крепления. По причине механической неустойчивости магнитного устройства и возникших в результате этого при переключении магнитного поля вибраций увеличивается продолжительность периода настройки тока в катушках и, следовательно, нормативное время настройки.

Если же, наоборот, при выполнении пункта 22 программы фактическое время настройки не превышает допустимого отклонения Δ относительно нормативного времени настройки, то в соответствующее более позднее время фактическое время настройки определяется вновь и сравнивается с заданным нормативным временем настройки.

Позиции на чертеже

1. Магнитно-индуктивный расходомер

2. Измерительная труба

3. Ось измерительной трубы

4. Измерительный электрод

5. Измерительный электрод

6. Блок катушек

7. Блок катушек

8. Регулирующее/обрабатывающее данные устройство

9. Устройство ввода/вывода

10. Блок памяти

11. Измеряемая среда

12. Соединительная линия

13. Соединительная линия

14. Соединительная линия

15. Соединительная линия

16. Соединительная линия

Изобретение предназначено для измерения потока среды (11), протекающей по измерительной трубе (2) с блоком катушек (6, 7), генерирующим переменное магнитное поле. Регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) на основе измеренной на электродах (4, 5) величины напряжения определяет величину расхода среды (11). Для своевременного обнаружения неисправного состояния расходомера (1) устройство (8) определяет фактическое время настройки до достижения расходомером стабильного режима измерения, сравнивает фактическое время настройки с заранее заданным для расходомера (1) нормативным временем настройки до достижения стабильного режима измерения и генерирует сигнал ошибки, если фактическое время настройки больше заданного нормативного времени настройки. Нормативным временем настройки является период времени до определения расходомером (1) оптимальной величины регулируемого специфического параметра датчика: периода времени, в течение которого протекающий через блок катушек ток достигает постоянной конечной величины. Изобретение обеспечивает прогностическое техническое обслуживание для исключения отказов расходомера. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнитно-индуктивный расходомер (1) с измерительной трубой (2), по которой по существу вдоль ее оси (3) протекает среда (11), снабженный блоком катушек (6, 7), генерирующим пронизывающее измерительную трубу (2) по существу перпендикулярно к ее оси (3) меняющее свой характер, изменяющееся магнитное поле, двумя находящимися по существу на соединительной линии измерительными электродами (4, 5), причем соединительная линия проходит по существу перпендикулярно к оси (3) измерительной трубы и магнитному полю, и регулирующим/обрабатывающим данные устройством (8), которое на основе измеренной на измерительных электродах (4, 5) величины напряжения определяет величину проходящего через измерительную трубу (2) объемного или массового потока среды (11), отличающийся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) определяет в конкретный момент актуальное фактическое время настройки до достижения расходомером (1) стабильного режима измерения, причем регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью сравнивания фактического времени настройки с заранее заданным для расходомера (1) нормативным временем настройки до достижения стабильного режима измерения, при этом в случае, если фактическое время настройки больше заранее заданного нормативного времени настройки, регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) генерирует сигнал ошибки, причем нормативным временем настройки является период времени до определения расходомером (1) оптимальной величины, по меньшей мере, одного регулируемого параметра, при этом регулируемым параметром является специфический для датчика параметр, причем специфическим для датчика параметром или регулируемым параметром, который итерационно определяется регулирующим/обрабатывающим данные устройством (8), является период времени, в течение которого протекающий через блок катушек ток (I_S) достигает по существу постоянной конечной величины тока (I_cont).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью генерирования сигнала ошибки, если разница между актуальным фактическим временем настройки и нормативным временем настройки до достижения расходомером (1) стабильного режима измерения выходит за пределы заданного допустимого отклонения Δ.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью генерирования сигнала ошибки, указывающего на то, что нарушена механическая устойчивость магнитного устройства (6, 7) на основании превышения фактическим временем настройки заранее заданного времени настройки до достижения расходомером (1) стабильного режима измерения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью определения специфического для датчика параметра или регулируемого параметра с помощью итерационного процесса приближения, который начинается с заранее заданного стартового значения определяемого датчиком параметра или регулируемого параметра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью перепроверки фактического времени настройки с заранее заданными периодическими или непериодическими интервалами.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее/обрабатывающее данные устройство (8) выполнено с возможностью перепроверки фактического времени настройки путем инициирования команды.