Электромагнитный расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/64 

ИзоР рзтен; е относится к электрическим измерениям неэлектрических величин, а точнее - к измерению параметров потока электропроводной среды (скорости, расхода) в технологических системах с жидкостным электропроводным высокотемпературным контуром, например, металлических расплавов в литейном производстве.

Известны расходомеры электромагнитные, предназначенные для измерения скорости или расхода электропроводной низкотемпературной среды, содержащие расположенные на поверхности канала с электропроводной средой возбуждающую магнитное поле силовую и измерительные многовитковые катушки индуктивности: усилитель электрических сигналов; регистрирующий прибор и источник питания (Дж. Шерклиф. Теория электромагнитного измерения расхода. Изд. Мир, М.. 1965 г.).

Из известных электромагнитных расходомеров наиболее близким по технической сущности является индукционный расходомер, описанный В звт. св. N; 335546, кл. G 01 F 1/64). Этот расходомер имеет вторичный прибор,датчик в виде трубопровода кольцевого сечения и измерительной обмотки, помещенные в радиальном поле намагничивающей обмотки, дополнительно снабжен двумя приемными катушками, соединенными встречно и установленными нз трубопроводе в радиальном поле намагничивающей обмотки симметрично по обе стороны от нее, в середине этой обмотки, выполненной в виде удлиненного соленоида, помещена измерительная обмотка, а выводы последней и приемных катушек подключены ко вторичному прибору, выполненному с виде измерителя отношения электродвижущих сил.

Установка датчика этого расходомера на объекте требуе разрыва трубопровода, что усложняет замену или ремонт датчика. В некоторых технологических системах разрыв трубопровода недопустим. Намаг ничивающая и измерительные катушки датчика этого расходомера имеют большое число витков, i i поэтому при высоких температурах трубопровода (500 - 600°С)эксплуатационные параметры таких катушек неудовлетворительные: они имеют малый коэффициент заполнения (рыхлость) низкую надежность изоляции (например

ал

С

«-s XJ

О СО

ю оо

о

вследствие теплового старения); сравнительно сложную и более высокую стоимость изготовления.

Другие известные электромагнитные измерители скорости и расхода (расходомеры электромагнитные) при высокой температуре электропроводной среды (расплавы металла) быстро изнашиваются, а часто вовсе непригодны для работы в области высоких температур. Кроме того, возбуждающая, и особенно, измерительные катушки индуктивности, содержащие большое число витков изолированного провода, также конструктивно рыхлые : коэффициент заполнения катушек проводником вследствие неплотной намотки и прослойки изоляции практически равен 0,4-0,6. Наконец, измерительные катушки индуктивности в извест- ных расходомерах располагают на значительном расстоянии от раскаленного метэллопровода, что уменьшает коэффициент магнитной связи между электропровод- ным контуром и измерительными катушками. В результате резко снижается величина полезного сигнала, а также эффективность, долговечность и надежность работы расходомера.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности измерения расхода высокотемпературных расплавов.

Для достижения этой цели в названном расходомере магнитная система выполнена в виде разъемного ферромагнитного цилиндра со сквозным пазом по образующей (для установки на металлопроводе), а внутренняя стенка магнитопровода имеет три полукольцевых пазэ. В среднем пазу расположена часть обмотки возбуждения, в боковых пазах - часть измерительной обмотки.

Обмотка возбуждения выполнена в виде металлической пластины большого сечения из высокозлектропроводного материала и снабжена двумя сквозными отверстиями (вырезами): полукольцевым и прямоугольным, соединенным между собой щелью; полукольцевой вырез пластины охватывает среднюю часть мзгнитопровода головки (средний паз и внешнюю стенку цилиндрического магнитопровода головки), а прямоугольный вырез охватывает стержень силового трансформатора. Таким образом, возбуждающая обмотка представляет собой бесконтактный (замкнутый на себя) металлический плоский контур с двумя сообщающимися между собой вырезами, образуя два плоских соединенных последовательно витка, один из которых выполняет функции обмотки магнитопровода расходомера, а другой - это вторичная обмотка силового трансформатора.

Обмотка измерительная выполнена в виде короткозамкнутого (бесконтактного)

контура из металлического прутка круглого или прямоугольного сечения, изогнутого так, чтобы образовалась пространственная фигура, содержащая два полукольца, расположенных в боковых пазах магнитопровода

0 расходомера. На этот измерительный контур нанизаны два кольцевых сердечника с высокой магнитной проницаемостью, на которых намотаны катушки индуктивности, Таким образом, измерительная обмотка

5 представляет собой короткозамкнутый виток первичной обмотки двух кольцевых трансформаторов, части которого образуют два встречно включенных витка связи с магнитным потоком реакции электропровод0 ной среды в канале.

На фиг. 1 и 2 а, б, в изображены функциональные схемы, конструкция магнитопровода и обмоток, принципиальные схемы внешних соединений электромагнитного

5 расходомера.

На фиг. 1 изображена функциональная схема расходомера и приняты следующие обозначения: 1 -магнитопровод расходомера с обмотками, 2 - трансформатор силовой,

0 3 - блок согласования выходного сигнала измерительной обмотки расходомера с входом типового усилителя, 4 - типовой усили- тель электрических сигналов, 5 - регистрирующий прибор - интегратор, гра5 дуированкый в единицах расхода,

На фиг. 2 изображены блоки 1 и 2; а - конструкция головки расходомера и силового трансформатора в двух проекциях - вид сбоку и сверху, с разрезами А-А и В-В; б 0 скелетная схема головки расходомера и силового трансформатора; в - короткозамкну- тая обмотка возбуждения.

Обозначения, принятые на фиг. 2 а, б, в, следующие: 6 - трубопровод, канал; 7 5 электропроводная среда; расплав металла; 8 - магнитная система головки расходомера; 9 - магнитопровод силового трансформатора; 10 - КЗ-возбуждающая обмотка головки расходомера и вторичная обмотка

0 силового трансформатора, металлическая шина с вырезами для магнитопроводов. связанных щелевым разрезом; 11 - коротко- замкнутая измерительная обмотка; 12 - тороидальные трансформаторы измери5 тельные; 13 - первичная обмотка силового трансформатора; 14 - ребра охлаждения КЗ-обмоток.(радиаторы); v - скорость потока электропроводной среды; U - напряжение сети; 10 - ток в КЗ-обмотке возбуждения; 1У - ток, индуктированный потоком в КЗ-обмотке измерительной; Н - начало, К - конец вторичных обмоток кольцевых трансформаторов тока.

При подаче напряжения (фиг. 2-а) на зажимы первичной обмотки 13 силового трансформатора 9 в его КЗ-вторичной обмотке 10 индуктируется ток возбуждения 0, который замыкается по полукольцевой части этой же обмотки, лежащей во внутреннем среднем пазу магнитопровода 8 расходомера, возбуждая в рабочем зазоре головки и в электропроводной среде 7 магнитное поле Ф0, охватывающее соединенные встречно боковые полукольцевые части КЗ-обмотки 11, расположенные во внутренних боковых пазах магнитопровода 8. На выступающих из магнитопровода 8 частях КЗ-обмотки 11 нанизаны два кольцевых магнитопровода с высокой магнитной проницаемостью (например, супермаллой), на которых намотаны многовит совые катушки индуктивности с выводами Н, К.

Поскольку полукольцевые части КЗ-обмотки 11 относительно КЗ-обмотки 10 и относительно середины магнитопровода расположены симметрично, то при V О магнитное поле Фо индуктирует в полукольцевых частях обмотки 11 две равные по величине встречные ЭДС и поэтому ток iy в обмотке бурет нулю.

Когд поток электропроводной среды 7 перемывается по каналу 6 со средней скоростью V, то в радиальных плоскостях электропроводной среды, находящихся в кольцевых зонах магнитопровода 8, индуктируются два вихревых тока, которые, в свою очередь, индуктируют в КЗ-обмотке 11 две направленные согласно ЭДС, вызывающие в ней ток 1У, пропорциональный средней скорости движения электропроводной среды. Интегрируя сигнал, пропорциональный в интервале времени At t2 ti, получим средний расход среды за этот отрезок времени

Q

S J v dt,

11

где рабочее сечение канала датчика S const.

Функциональная схема по фиг. 1 работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный скорости потока расплава, снимается с вторичных обмоток кольцевых трансформаторов 12 и подается на вход согласующего устройства 2, откуда поступает на вход усилителя, например, типа У2М (паспорт 2,548,001 ПС, ВА Машприборин- торг, СССР, Москва), к выходным зажимам которого подключается либо вольтметр,

градуированный в единицах скорости потока, либо интегрирующий прибор, градуированный в единицах расхода среды.

Электромагнитный расходомер с короткозамкнутыми обмотками возбуждения и измерения обладает многими преимуществами. Главные из них следующие: высокая надежность и долговечность работы в широком диапазоне температур практически до

700°С; высокий коэффициент заполнения паза магнитопровода расходомера; весьма высокий коэффициент магнитной связи между электропроводным расплавом и измерительными элементами КЗ-обмоток;

жесткость, технологичность и небольшие габариты.

Формула изобретения Электрог згнитный расходомер, содержащий источник переменного тока, возбуждающую обмотку, изолированную от трубопровода, первую и вторую приемные обмотки, соединенные между собой встречно путем накоротко замкнутых первых выводов и установленные снаружи трубопровода

по разные стороны от возбуждающей обмотки, первый и второй магнитопроводы и регистрирующий прибор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и надежности измерений расхода высокотемпературных расплавов, в него введены силовая обмотка, установленная на третьем магнитопроводе, две много- витковых катушки, установленных на отдельном кольцевом сердечнике каждая,

соединенных между собой согласно и подключенных к усилителю с выходом, возбуж- дающая обмотка выполнена в виде плоского фигурного корпуса, в первой части которого выполнено сквозное отверстие, в

котором установлен третий магнитопровод, а во второй части, профиль которой совпадает с профилем трубопровода, выполнено второе сквозное отверстие, сообщенное сквозной щелью с первым, первый магнитопровод выполнен плоским и имеет внутренний паз, в котором размещена вторая часть фигурного корпуса, второй магнитопровод выполнен плоским и сопряжен посредством крепления с первым магнитопроводом с образованием двух пазов, в которых установлены первая и вторая приемные обмотки, вторые выводы которых соединены накоротко, при этом кольцевые сердечники установлены на первой и второй

приемных обмотках соответственно, и источник переменного тока соединен с силовой обмоткой, а регистрирующий прибор соединен с выходом усилителя.

и

Pv.a

I0

фиг. 2 В

фиг.г 5

In

In