Бесконтактный индукционный рас-ХОдОМЕР Советский патент 1981 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к измерению расхода электропроводящих жидксзстей с помощью бесконтактных индукционных расходомеров, Известны бесконтактные индукциейные расходомеры, содержгицие фаэочувствитеяьную схему и преобразователь расхода, состоящий из немагнитного измерительного участка трубопровода и размещенных на измерительном учаот кв соосно с ним тороидальных индукто ной и измерительных обмоток 13. Однако такие расходомеры обладают невысокой точностью измерения вви ду наличия нескомпенсироваиной квадратурной составляющей в сигналеi снимаемом с измерительных обмоток и существенным влиянием на показания прибора изменения электрогфоводности контролируемой среды Известен также расходомер, преобразователь расхода которого содержит три секционированные обмотки. Одна из обмоток, центральная, является индукторной. Вторая, выполненная из двух секций, размещенных симметрично относительно индукторной и соединенных последовательно соглас но, является компенсационной, и третья, состоящая из двух секций, размещенных аналогично секциям второй обмотки и соединенных последовательно встречно, является измерительной. Назначение компенсационной обмотки- исключение трансформаторной ЭДС, обусловленной магнитной связыг с индукторной обмоткой t2l. Однако в этом расходомере значение напряженности магнитного поля индукторной обмотки в любой рассматриваемой точке внутри преобразователя расхода обратно пропорционально расстоянию меясду рассматриваемой точкой и индукторной обмоткой. Чувствительиость компенсационной обмотки зависит от осевой составляющей значения напряженности магнитного поля индукХОрНОЙ обмотки и проводимости H3h№pHемой среды. Чувствительность нзмери. тельной обмотки зависит от радиальной составляющей значения напряженности (магнитного поля индукторной обмотки, скорости жидкости и проводимости. Таким образом,с увеличением осевого расстояння до индукторной обмотки осевая и радиальная состгшлякзщие . уменьшаются согласно изменению напряженностн магнитного поля индуктор ной обмотки в рассматриваемой точке внутри преобразователя расхода, что ухудшает чувствительность расходомера и тем самым ограничивает область применения его для измерения расхода Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение области измерения расхода по скорости и электропроводности контролируемой среды благодаря созданию в области располот ж,ения секций измерительной и компенсационной обмоток магнитного поля, не зависящего от расстояния до секци индукторной обмотки. Цель достигается тем, что в бесконтактном индукционном расходомере, содержащем фазочувствительную схему и преобразователь расхода, состоящий из немагнитного измерительного участ ка трубопровода и трех тороидальных секционированных обмоток - индукторной, измерительной, щлполненной из двух секций, и компенсационной, выполненной из двух секций, размещенных на измерительном участке трубопровода соосно с ним, индукторная об мотка выполнена из шести секций, сое диненных между собой последовательно причем четыре секции, две из которых размещены в средней части измеритель ного участка трубопровода, и две дру гие размещены на краях .измерительного участка, соединенных между собой согласно, а остальные две секции, ра мещенные между каждой парой крайних и средних секций, соединены с четырмя указанными секциями встречно; пер вая секция компенсационной обмотки размещена между двумя средними секци ями индукторной Обмотки, а вторая секция размещена поверх одной из сре них секций индукторной обмотки. На фиг. 1 изображена общая схема устройства; на фиг. 2 - преобразователь расхода, поток жидкости и сумма ный магнитный поток индукторных обмоток в области расположения секций измерительной и компенсационной обмоток, по сечению А-А и В-В индуцируемые в жидкости токи и направление составляющих магнитного поля индукто нмх обмоток в области секций измерителйной обмотки. Бесконтактный индукционный расходомер состоит из преобразователя рас хода и фазочувствителыюй измеритель ной схемы..Преобразователь расхода состоит из немагнитного измерительно го участка трубопровода 1, на которо размещены три тороидальных секционированных обмотки: компенсационная, состоящая из секций 2 и 2; измерительная, состоящая из двух секций 3 и 3, индукторная, состоящая из трех пар секций 4,5 и 6. Секции индукторной обмотки 4-6 соединены последовательно и питаются от источников переменного напряжения. Конструктивно секции 4 и 5 одинаковы между собой и выполнены с соблюдение отношения ширины сечения секции к е высоте равного 0,72-0,76. Секции одинаковы сежду собой и выполнены соблюдением отношения ширины к выоте равного 1,44-1,52, а каждая в тдельности равна 0,5 числа витков секции 5, Расстояние между секциями 4 и 5 составляет 0,32-0,37, между екциями 5 и 6 - 0,24-0,27 внешнего радиуса трубопровода преобразователя расхода. Секции 6 предназначены для со&дания закона распределения магнитного поля секций 5 аналогичного секциям 4 по значению и плотности силовых линий магнитной индукции внутри преобразователя расхода в области расположения секций 3,2,2 измерительной и компенсационной обмоток. При этом секции 5 и б включены встречно относительно друг друга, секции 4 согласно друг с другом, но встречно относительно секций 5; Такое соединение индукторной обмотки и заданное расстояние между ними позволяет в области расположения секЦий 3 измерительной обмотки для любого радиуса от оси симметрии преобразователя создать однородное по значению вдоль оси преобразователя расхода радиальное магнитное поле и одинаковое по величине от секции 5 и согласно включенных секций 4, при этом в области расположения одной из секций 3 радиальное магнитное поле секций 4 и 5 направлено по радиусу от центра (фиг. 2, сечение А-А) в другой - к . центру оси трубопровода-преобразователя расхода (фиг. 2, сечение В-В), что увеличивает чувствительность расходомера скорости и проводимости жидкости; в-Области расположения секций 2,2 компенсационной обмотки создать двумя секциями 4 однородное, направ-; ленное вдоль оси преобразователя расхода, магнитное поле (фиг. 2), равное по значению магнитному полю одной секции 5. Секции 3 измерительной обмотки соединены последовательно и встречно и содержат одинаковое число витков. Секция 2 компенсационной обмотки размещена между секциями 4 индукторной обмотки и предназначена Для компенсации погрешности, вносимой в показания расходомера при изменении электропроводности измеряемой жидкости. Компенсационная секция 2 размещена поверх одной из секций 4 индукторной обмотки, имеет число витков то же, что и секция 2 и предназначена для компенсации трансформаторной ЭДС в секции 2 компенсационной обмотки, обусловленной магнитной связью с индукторной обмоткой. Секции 2 и 2 соединены последовательно встречно. Магнитное поле двух секций 4, равное по значению магнитному полю одной секции 5, пересекает обе компенсационные секции и контролируемую жидкость.. При движении жидкости через радиаль-г

ное магнитное поле ( в пространстве занимаемой секциями измерительной обмотки) в К-м элементарном кольцевом витке жидкости индуцируется ЭДС (фиг. 2)

d,, аФ,

5 из+шВ

(u t+9o)

где Фц - магнитный поток, сцепленный с К-м элементарным кольцевым витком жесткости;

- ,V - скорость ЖИДКОСТИ ,

частота тока в индукторной

обмотке.

Из уравнения следует, что индуцируемую ЭДС в К-м элементарном кольцевом витке жидкости можно разделить на две составляющие: е. обусловленную движением К-го элементарного кольцевого витка жидкости в радиальном магнитном поле, и е изменением магнитного поля во времени. При частоте питания индукторной обмотки, выбранной из условия глубины проникновения поля, равной двум радиусам жидкости в трубопроводе, реактивной составляющей сопротивления в элементарном кольцевом витке жидкости можно пренебречь. Тогда ток в элементарном кольцевом витке жидкости будет определяться активным сопротивлением жидкости который, как и ЭДС можно разбить на две составляю«и e,.v. йкъ rs

a:inr()

r-pSL-.

Чж

)t (tt)t-f90)

где Т- электропроводность жидкости,- RH, Гу, S -радиус, сопротивление и сечение элементарного кольцевого витка жидкости соответственно. Токи в К-м элементарном кольцевом витке жидкости индуцируют в измерительной обмотке ЭДС: - противоположных знаков; е - одного знака. Учитывая, что секции измерительной обмотки включены встречно, то в измерительной обмотке индуцируется суммарная ЭДС

г 5TV

При движении жидкости в осевом поле (в пространстве,занимаемом компенсационной обмоткой) в К-м элементарном кольцевом витке жидкости индуцируется ЭДС

.9o°)

ток определяется из выражения

TT 1Й;: Ч. vnt s (.

.ЭДС индуцируемая в компенсационной обмотке

e-jt .

Трансформаторная ЭДС в компенсационной обмотке, обусловленная магнит ной связью с индукторной обмоткой, компенсируется в результате встречного включения секций 2 и 2. Скоoрость жидкости и расход соответственно определяется по отношению двух ЭДС с помощью фазочувствительной измерительной схемы.

15

Формула изобретения

Бесконтактный индукционный расходомер, содержащий фазочувствительную

схему и преобразователь расхода, состоящий из немагнитного измерительного участка трубопровода и трех тороидальных секционированных обмоток индукторной, измерительной, выполне.нной из двух секций, и компенсационной, выполненной из двух секций, размещенных на измерительном участке трубопровода соосно с ним, отличающийся тем, что, с целью повышения

чувствительности и расширения диапазона измерения расхо;аа по скорости и электропроводности контролируемой среды, индукторная обмотка выполнена из шести секций, соединенных между собой последовательно, причем четыре секции, две из которых размещены в средней части измерительного участка трубопровода, и две другие размещены на краях измерительного участка, соединены между собой согласно,

а остальные две секции, размещенные между каждой парой крайних и средних секций, соединены с четырьмя указанными секциями встречно; первая секция компенсационной обмотки размещена между двумя средними секциями : индукторной обмотки, вторая секция размещена поверх одной из средних секций индукторной обмотки. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Корсунский Л.М. Электромагнитные гидрометрические приборы. Издательство стандартов. М., 1964, с. 89.

2,Авторское свидетельство СССР tf 152747, кл. G 01 Р 5/08, 1962

(прототип).