ДАТЧИК РАСХОДОМЕРА И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2010 года по МПК G01F1/58 G01F15/18 

Изобретение относится к датчику расходомера и соединительному элементу. Расходомеры используются в промышленной технике измерений для измерения объемных потоков.

Известный способ измерения основывается на магнитно-гидродинамическом принципе и используется в сочетании с магнитно-индуктивными датчиками расхода. При этом, по меньшей мере, в небольшом объеме электропроводящая среда, объемный поток которой должен быть измерен, направляется через измерительную трубу, которая, в основном, перпендикулярно оси трубы пронизана магнитным полем. Перемещаемые перпендикулярно магнитному полю носители заряда индуцируют перпендикулярно направлению потока напряжение, которое может быть определено посредством расположенных соответствующим образом измерительных электродов. Измерительные электроды связаны для этого со средой либо емкостно, либо гальванически. Индуцированное напряжение пропорционально усредненной скорости потока среды через поперечное сечение измерительной трубы и, таким образом, пропорционально объемному потоку.

Традиционные расходомеры, в частности магнитно-индуктивные расходомеры, имеют датчик, который обхватывает измерительную трубу, вставленную в существующую систему трубопроводов, и через которую в процессе измерения протекает среда. Для этого на датчике с обеих сторон измерительной трубы предусмотрены соединительные элементы. Соединительные элементы находятся в непосредственном контакте со средой и смонтированы непосредственно на датчике.

Из-за требуемой высокой механической стабильности для такого рода измерительных труб, они состоят предпочтительно из внешней, в частности металлической, несущей трубы задаваемой прочности и диаметра, которая внутри покрыта не проводящим ток изоляционным материалом задаваемой толщины, так называемым вкладышем. Имеются, к примеру, магнитно-индуктивные расходомеры, которые, соответственно, включают в себя герметично вставляемую в трубопровод, имеющую на входе первый конец и на выходе второй конец измерительную трубу, по меньшей мере, с не ферромагнитной несущей трубой в качестве наружной оболочки измерительной трубы и с размещенным по ширине в свету несущей трубы, состоящим из изоляционного материала, имеющим форму трубы вкладышем для направления текучей и изолированной посредством несущей трубы среды. Вкладыш служит для химической изоляции несущей трубы в отношении среды. У несущих труб с высокой электрической удельной проводимостью, в частности у металлических несущих труб, вкладыш служит, кроме того, в качестве электрической изоляции между несущей трубой и средой, которая предотвращает закорачивание электрического поля через несущую трубу. Посредством соответствующего исполнения несущей трубы можно, таким образом, осуществить согласование прочности измерительной трубы с имеющимися в соответствующем случае использования механическими нагрузками, в то время как посредством вкладыша можно осуществить согласование измерительной трубы с действительными в соответствующем случае применения химическими, в частности гигиеническими, требованиями. Для изготовления вкладыша нередко используется способ литья под давлением или способ литьевого прессования. Однако также общепринятым является вариант вставки полностью предварительно изготовленного, к примеру, из термопластичной или термореактивной пластмассы вкладыша в несущую трубу.

Безупречное измерение обеспечивается лишь тогда, когда среда и датчик имеют один и тот же электрический потенциал. Для этого в предпочтительном варианте не только среда, но и корпус датчика снабжены заземлением. Поскольку соединительные элементы состоят из электропроводящего материала, как правило из металла, выравнивание потенциалов происходит непосредственно через соединительные элементы, которые в процессе измерения находятся в контакте как со средой, так и с датчиком. Тем самым отпадает необходимость дальнейших мероприятий по выравниванию потенциалов. Среда заземляется непосредственно через заземление датчика или его корпуса.

Имеется, однако, множество вариантов применения, при которых предпочтительно используются соединительные элементы из изоляторов, в частности, из синтетического материала. В этом случае необходимо принять меры для обеспечения выравнивания потенциалов между средой и датчиком. Заявитель предлагает для этого сегодня, к примеру, в сочетании со своим магнитно-индуктивным расходомером PROMAG Н заземляющее кольцо, которое вставляется между датчиком и соединительным элементом и в процессе измерения находится в контакте как со средой, так и с датчиком. Заземляющее кольцо способствует требуемому выравниванию потенциалов. Фиг.1 демонстрирует пример этого. Представлены соединительный элемент 1 и датчик 3. Между соединительным элементом 1 и датчиком 3 расположено заземляющее кольцо 5. Заземляющее кольцо 5 состоит из электропроводящего материала и в процесс измерения находится в непосредственном контакте со средой. Среда протекает сквозь заземляющее кольцо 5. Одновременно заземляющее кольцо 5 в смонтированном состоянии находится в непосредственном контакте с корпусом датчика 3. Между заземляющим кольцом 3 и соединительным элементом 1, и между заземляющим кольцом 5 и датчиком 3 предусмотрено, соответственно, уплотнение 7, 9, в данном случае, соответственно, уплотнительное кольцо круглого сечения.

Материал заземляющего кольца 3 необходимо выбирать в зависимости от материала измерительных электродов магнитно-индуктивного датчика в целях предотвращения электрохимической коррозии измерительных электродов. Кроме того, естественно, должен выбираться материал, обеспечивающий достаточную химическую и/или механическую прочность заземляющего кольца 5 в отношении среды. В зависимости от варианта применения может быть необходимо использовать относительно дорогие специальные материалы.

Величина заземляющего кольца 5 зависит от номинального внутреннего диаметра соответствующего соединительного элемента. Соответственно, и требуемое количество материала для заземляющего кольца 5 зависит от номинального внутреннего диаметра. В зависимости от величины заземляющего кольца 5 и выбора материала такая форма выравнивания потенциалов может быть сопряжена со значительными издержками.

Задачей изобретения является предоставление сведений о датчике расхода, при котором выравнивание потенциалов между средой и датчиком осуществляется экономичным образом.

Для этого изобретение относится к датчику расходомера для измерения расхода среды в существующей системе трубопроводов, с

- корпусом датчика,

- интегрированной в датчик измерительной трубой,

- двумя соединительными элементами из изолятора, посредством которых измерительная труба может присоединяться к системе трубопроводов и,

- по меньшей мере, с одним вставленным в один из соединительных элементов электродом,

- который упирается во внутреннее пространство соединительного элемента, через которое в процессе работы протекает среда, и который посредством электропроводящего соединения связан с корпусом датчика.

В соответствии с вариантом осуществления электрод является штифтовым электродом, который через наружную стенку имеющего форму трубы участка соединительного элемента, через который протекает среда, проходит в его внутреннее пространство.

В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения электрод расположен в сквозном отверстии в наружной стенке соединительного элемента.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения каждый, содержащий, по меньшей мере, один электрод, соединительный элемент на конце имеет фланец, который служит для того, чтобы монтировать соединительный элемент на окружающем конец измерительной трубы контрфланце датчика.

В соответствии с вариантом усовершенствования указанного последним варианта осуществления изобретения контрфланец является электропроводящим элементом и частью корпуса датчика, или же он электропроводящим образом соединен с ним. Фланец выполнен с возможностью монтажа на контрфланце посредством электропроводящего механического средства соединения, и электропроводящее соединение между электродом и корпусом датчика имеет соединительный элемент, посредством которого электрод электропроводящим образом соединен с механическими средствами соединения, когда фланец смонтирован на контрфланце.

В соответствии с вариантом усовершенствования данного варианта усовершенствования изобретения соединительный элемент является металлической формованной деталью, которая имеет первый участок, опирающийся снаружи на зону соединительного элемента, в которую вставлен электрод, и имеет второй участок, опирающийся на обращенную от датчика поверхность фланца. Электрод проведен насквозь через первый участок и имеет выходящую из соединительного элемента головку, которая касается соединительного элемента. Электропроводящие механические средства соединения проведены насквозь через второй участок и касаются его.

В соответствии со следующим вариантом усовершенствования изобретения электрод имеет

- кончик электрода, который упирается во внутреннее пространство соединительного элемента, и

- головку электрода, которая выступает из соединительного элемента, и который соединен с кончиком электрода.

Далее изобретение относится к соединительному элементу из изолятора для датчика расходомера для измерения расхода среды в существующей системе трубопроводов с корпусом датчика и интегрированной в датчик измерительной трубой, который служит для того, чтобы присоединить измерительную трубу к системе трубопроводов,

в который встроен, по меньшей мере, один электрод,

который упирается во внутреннее пространство соединительного элемента, через которое в процессе работы протекает среда, и выполнен с возможностью соединения посредством электропроводящего соединения с корпусом датчика.

Преимущество изобретения состоит в том, что электроды в сравнении с традиционными заземляющими кольцами очень малы и, в соответствии с этим, могут изготавливаться без привлечения больших затрат. Вследствие этого с точки зрения экономичности возможно использовать также и очень высококачественные материалы.

Следующее преимущество состоит в том, что за счет использования электродов в соединительном элементе для осуществления выравнивания потенциалов между корпусом датчика и средой возможно использовать и так уже имеющиеся электропроводящие механические средства соединения между соединительным элементом и датчиком. Таким образом, возможно заземлять среду через имеющееся уже, как правило, заземление корпуса датчика.

Изобретение и другие преимущества разъясняются далее более подробно на основании чертежей, на которых представлен пример осуществления изобретения; одинаковые детали снабжены на чертежах одинаковыми обозначениями.

Фиг.1 демонстрирует магнитно-индуктивный датчик расхода с заземляющим кольцом, служащим для того, чтобы способствовать выравниванию потенциалов между средой и датчиком;

Фиг.2 демонстрирует вид магнитно-индуктивного датчика;

Фиг.3 демонстрирует разрез соединительного элемента;

Фиг.4 демонстрирует вид соединительного элемента с Фиг.3;

Фиг.5 демонстрирует включающий в себя электроды фрагмент представленного на Фиг.3 соединительного элемента в увеличенном масштабе.

Фиг.2 демонстрирует вид сбоку в перспективе датчика 11 расходомера, который служит для того, чтобы измерять расход среды в существующей системе трубопроводов. В представленном примере осуществления изобретения речь идет о датчике магнитно-индуктивного расходомера. Изобретение не ограничено, однако, магнитно-индуктивным датчиком. Оно универсально также для заземления сред в сочетании с датчиками, которые используют другие принципы измерения расхода.

Датчик 11 представленного здесь магнитно-индуктивного расходомера включает в себя интегрированную в него измерительную трубу 13 задаваемой формы и габарита для направления измеряемой среды, расположенную на измерительной трубе 13 систему 15 магнитного поля для создания и направления необходимого для измерения, частично пронизывающего проводимую в измерительной трубе 13 среду, магнитного поля, а также равным образом расположенное на измерительной трубе 13 устройство 17 измерительного электрода для измерения индуцированного в среде напряжения. Для определения индуцированных в текучей среде напряжений устройство 17 измерительного электрода содержит в себе, к примеру, два гальванических или емкостных измерительных электрода.

Система магнитного поля в предпочтительном варианте выполнена таким образом, что создаваемое ею магнитное поле, по меньшей мере, частично пронизывает находящуюся внутри измерительной трубы 13 среду перпендикулярно направлению потока.

Датчик 11 включает в себя далее корпус 19 датчика. В представленном примере осуществления изобретения корпус 19 датчика включает в себя, в основном, жесткую несущую раму для крепления электрически и механически соединенного с датчиком 11 - не изображенного здесь - корпуса электронного устройства, причем измерительная труба 13 и несущая рама со стороны входа и со стороны выхода, соответственно, механически соединены друг с другом. Для герметичного ввода в существующую систему трубопроводов датчик 11 имеет со стороны входа и со стороны выхода, соответственно, устройство для механического закрепления соединительного элемента 21. Фиг.3 демонстрирует разрез, а Фиг.4 - вид соединительного элемента 21. Соединительные элементы 21 состоят из изолятора, в частности из синтетического материала, к примеру, из поливинилхлорида (ПВХ) или поливенилиденфторида (ПВДФ). В представленном примере осуществления изобретения устройства для механического закрепления соединительных элементов 21 включают в себя, соответственно, окружающий соответствующий конец измерительной трубы 13 контрфланец 23, на который может монтироваться соответствующий фланец 25 соответствующего соединительного элемента 21. Оба контрфланца 23 в представленном здесь примере осуществления изобретения интегрированы, соответственно, в несущую раму, в частности заформованы в нее. В предпочтительном варианте несущие рамы и контрфланцы 23 могут быть выполнены при этом цельными.

Измерительная труба 13 состоит, к примеру, из металлической несущей трубы, внутренняя поверхность которой, пронизываемая в процессе измерения средой, снабжена обшивкой их изолятора. Несущая труба состоит из магнитопроводящего, в частности не ферромагнитного материала, к примеру, из специальной стали или из другого нержавеющего металла. Несущая труба коаксиально окружает обшивку и служит, таким образом, в качестве наружной, придающей форму, а также стабилизирующей форму оболочки. Обшивка выполнена при этом таким образом, что измерительная труба 13 на соприкасающейся с протекающей средой внутренней стороне полностью покрыта ею, и, таким образом, практически только обшивка смачивается протекающей по измерительной трубе 13 средой. Присоединение датчика 11 к существующей системе трубопроводов происходит посредством двух соединительных элементов 21.

В соответствии с изобретением, по меньшей мере, в один из двух соединительных элементов 21 вставлен, по меньшей мере, один электрод 27. Фиг.5 демонстрирует в увеличенном масштабе включающий в себя электрод 27 фрагмент X представленного на Фиг.3 соединительного элемента 21. Электрод 27 входит в пронизанное средой в процессе работы внутреннее пространство 31 соединительного элемента 21. Посредством электрода 27 осуществляется электропроводящее соединение со средой, которое служит для описанного ранее выравнивания потенциалов между датчиком 11 и средой. Электрод 27, в противовес вышеуказанным заземляющим кольцам 5, своими габаритами не привязан к габаритам системы трубопроводов или измерительной трубы 13. Он может быть очень небольшим. В силу незначительных затрат материала на электрод 27, могут быть использованы также очень высококачественные материалы, такие, к примеру, как платина, тантал или хастеллой С, в качестве материала для электродов 27, без значительного увеличения вследствие этого стоимости материалов.

Дальнейшего снижения стоимости материалов можно добиться посредством того, что лишь одна вступающая в контакт со средой часть электрода 27 изготавливается из высококачественного материала. Пример этого представлен на Фиг.3. Изображенный там электрод 27 состоит из двух частей, а именно, из кончика 27а электрода, который упирается во внутреннее пространство 31 соединительного элемента 21, и из головки 27b электрода, которая выступает из соединительного элемента 21 и которая соединена с кончиком 27а электрода. В данном случае является достаточным, если кончик 27а электрода состоит из специализированного, при необходимости очень высококачественного материала. Головка 27b электрода может состоять из экономичного электропроводящего материала, к примеру из простой стали или из специальной стали. Кончик 27а электрода гидравлически герметично вставлен в отверстие 33. При этом можно прибегнуть к указаниям ЕР 0 892 252 А1. Там описан располагаемый в датчике измерительный электрод. Гидравлически герметичная конструкция может быть получена, к примеру, за счет того, что кончик 27а электрода снабжен расположенными друг за другом, имеющими форму усеченного конуса участками, в которые зацепляется материал, в котором размещены отверстия 33.

Кончик 27а электрода свинчен, к примеру, посредством резьбового соединения со сформированным на головке 27 электрода, введенным в отверстие 33 нарезным штифтом.

Во избежание обусловленной электрохимическим взаимодействием между электродом 27 и измерительными электродами устройства 17 измерительного электрода электрохимической коррозии электродов, электроды 27 и измерительные электроды состоят предпочтительно из одинакового материала, к примеру из специальной стали, из платины, тантала или хастеллоя С. Если это невозможно, то измерительные электроды должны состоять из более благородного материала, чем электроды 27, которые используются для заземления среды. Благодаря этому достигается то обстоятельство, что вследствие электрохимической коррозии сначала повреждаются электроды 27, а не измерительные электроды. Основанием для этого является то обстоятельство, что электроды 27 могут быть легче обслужены и при необходимости заменены, чем измерительные электроды.

Кроме того, естественно должен быть выбран материал, обеспечивающий достаточную химическую и/или механическую прочность электродов 27 в отношении среды. В зависимости от применения может быть необходимым использование относительно дорогостоящих специальных материалов.

Электродом 27 в представленном примере осуществления является штифтовой электрод, который сквозь наружную стенку 29 имеющего форму трубы участка соединительного элемента, через который в процессе работы протекает среда, проходит в его внутреннее пространство 31. Он расположен в проходящем сквозь наружную стенку 29 отверстии 33 соединительного элемента 21.

Электрод 27 посредством электропроводящего соединения связан с датчиком 11, в частности с корпусом 19 датчика. Благодаря этому осуществляется желаемое выравнивание потенциалов. Среда вследствие этого оказывается заземленной через заземление корпуса 19 датчика. Представленное в данном случае лишь схематично заземление корпуса 19 датчика, как правило, предписывается инструкцией и осуществляется обычно посредством не изображенного здесь электрического соединительного элемента датчика 11.

Электропроводящее соединение может производиться различными способами. В предпочтительном варианте для этого используется и без того необходимое механическое соединение между соединительным элементом 21 и датчиком 11.

Каждый содержащий, по меньшей мере, один электрод 27 соединительный элемент 21 имеет на конце вышеуказанный фланец 25, который служит для того, чтобы монтировать соединительный элемент 21 на окружающем конец измерительной трубы 13 контрфланце 23 датчика. В предпочтительном варианте контрфланец 23 является электропроводящим элементом и частью корпуса 19 датчика или же электропроводящим образом соединен с ним. Как правило, контрфланец 25 и так уже выполнен из металла, к примеру из стали или из специальной стали, и, таким образом, и так уже является электропроводящим элементом.

Фланец 25 выполнен с возможностью монтажа на контрфланце 25 посредством электропроводящего механического средства соединения. В представленном примере осуществления изобретения фланец 25 имеет сквозные отверстия 35, через которые не изображенные на чертежах металлические шпильки ввинчиваются в соответствующие глухие резьбовые отверстия 37 в контрфланце 23.

Дополнительно электропроводящее соединение между электродом 27 и датчиком 11 содержит в себе соединительный элемент 39, посредством которого электрод 27 электропроводящим образом соединен с механическими средствами соединения, в данном случае со шпильками, когда фланец 25 смонтирован на контрфланце 23.

В представленном примере осуществления изобретения соединительным элементом 39 является металлическая формованная деталь, к примеру лист из специальной стали, которая имеет первый участок 39а, опирающийся снаружи на зону соединительного элемента 21, в которую вставлен электрод 27, а также имеет второй участок 39b, опирающийся на обращенную от датчика 11 поверхность фланца 25. Электрод 27 проходит насквозь через первый участок 39а и имеет выходящую из соединительного элемента 21 головку 27b, которая касается соединительного элемента 39. Электропроводящие механические средства соединения проведены насквозь через второй участок 39b и касаются его.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 соединительный элемент

3 датчик

5 заземляющее кольцо

7 уплотнение

9 уплотнение

11 датчик

13 измерительная труба

15 система магнитного поля

17 устройство измерительного электрода

19 корпус датчика

21 соединительный элемент

23 контрфланец

25 фланец

27 электрод

27а кончик электрода

27b головка электрода

29 наружная стенка

31 внутреннее пространство

33 отверстие

35 отверстие

37 глухое резьбовое отверстие

39 соединительный элемент

39а участок

39b участок

Датчик магнитно-индуктивного расходомера для измерения расхода среды в существующей системе трубопроводов содержит корпус с интегрированной в него измерительной трубой, которая присоединяется к системе трубопроводов посредством двух соединительных элементов (21) из изолятора. Каждый соединительный элемент (21) содержит заземляющий штифтовой электрод (27), который упирается во внутреннее пространство (31) соединительного элемента (21), через которое в процессе работы протекает среда, и на конце снабжен фланцем (25) для монтажа соединительного элемента (21) на окружающем конец измерительной трубы контрфланце (23) корпуса датчика. Электрод (27) посредством электропроводящего соединения в виде соединительного элемента (39) связан со средствами соединения фланца (25) и контрфланца (23). Изобретение обеспечивает предотвращение электрохимической коррозии измерительных электродов датчика за счет экономичного выравнивания потенциалов между датчиком и средой. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Датчик (11) расходомера для измерения расхода среды в системе трубопроводов с корпусом (19) датчика, интегрированной в датчик измерительной трубой (13), двумя соединительными элементами (21) из изолятора, посредством которых измерительная труба (13) присоединена к системе трубопроводов и, по меньшей мере, с одним вставленным в один из соединительных элементов (21) электродом (27), который упирается во внутреннее пространство (31) соединительного элемента (21), через которое в процессе работы протекает среда, и который посредством электропроводящего соединения связан с корпусом (19) датчика.

2. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что электрод (27) выполнен в виде штифтового электрода, который через наружную стенку (29) имеющего форму трубы участка соединительного элемента (21), через который протекает среда, проходит в его внутреннее пространство (31).

3. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что электрод (27) расположен в сквозном отверстии (33) в наружной стенке (29) соединительного элемента (21).

4. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что каждый содержащий, по меньшей мере, один электрод (27) соединительный элемент (21) на конце снабжен фланцем (25) для монтажа соединительного элемента (21) на окружающем конец измерительной трубы (13) контрфланце (23) датчика (11).

5. Датчик по п.4, характеризующийся тем, что контрфланец (23) выполнен в виде электропроводящего элемента и является частью корпуса (19) датчика или же электропроводящим образом соединен с ним, причем фланец (25) выполнен с возможностью монтажа на контрфланце (23) посредством электропроводящего механического средства соединения, и электропроводящее соединение между электродом (27) и корпусом (19) датчика имеет соединительный элемент (39), посредством которого электрод (27) электропроводящим образом соединен с механическими средствами соединения, когда фланец (25) установлен на контрфланце (23).

6. Датчик по п.5, характеризующийся тем, что соединительный элемент (39) выполнен в виде металлической формованной детали, которая имеет первый участок (39а), опирающийся снаружи на зону соединительного элемента (21), в которую вставлен электрод (27), которая имеет второй участок (39b), опирающийся на обращенную от датчика (11) поверхность фланца (25), причем электрод (27) проведен насквозь через первый участок (39а) и имеет выходящую из соединительного элемента (21) головку (27а), которая касается соединительного элемента (39), и электропроводящие механические средства соединения проведены насквозь через второй участок (39b) и касаются его.

7. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что электрод (27) имеет кончик (27а) электрода, который упирается во внутреннее пространство (31) соединительного элемента (21), и головку (27b) электрода, которая выступает из соединительного элемента (21) и который соединен с кончиком (27а) электрода.

8. Соединительный элемент (21) из изолятора для датчика расходомера для измерения расхода среды в существующей системе трубопроводов с корпусом (19) датчика и интегрированной в датчик (11) измерительной трубой (13), выполненный с возможностью присоединения измерительной трубы (13) к системе трубопроводов, в который встроен, по меньшей мере, один электрод (27), который упирается во внутреннее пространство (31) соединительного элемента (21), через которое в процессе работы протекает среда, и соединен посредством электропроводящего соединения с корпусом (19) датчика.