ДАТЧИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА
ELECTROMAGNETIC FLOW METRE SENSOR

Изобретение относится к приборостроению, к области измерения расхода электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения расхода магнетитовой пульпы на горно-обогатительных комбинатах.
Известен датчик электромагнитного расходомера (Авторское свидетельство SU №1830135, МПК G01F 1/58 «Электромагнитный расходомер») для измерения расхода электропроводных жидкостей, в состав которого входят отрезок трубопровода из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом, индуктор, обеспечивающий в канале магнитное поле, электроды, контактирующие с измеряемой жидкостью, установленные в стенке отрезка трубопровода в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий магнитного поля, и индукционная секционная катушка опорного сигнала, расположенная в пределах магнитного поля. Мерой расхода жидкости служит отношение напряжения, снимаемого с электродов, к напряжению, полученному в результате интегрирования сигнала, индуцированного магнитным полем в индукционной катушке опорного сигнала.
Недостатком таких расходомеров является низкая точность при измерении расхода магнетитовых пульп. Пульпа представляет собой двухфазный поток, одна из фаз которого включает набор твердых ферромагнитных частиц, а другая фаза образуется непрерывной электропроводной жидкостью (водой). Твердые включения составляют по весу порядка шестидесяти - семидесяти процентов. В твердой фазе в основном содержится железо. Ферромагнитные частицы существенно изменяют величину и искажают распределение магнитного поля в канале, поэтому сигнал, индуцируемый магнитным полем в индукционной катушке опорного сигнала электромагнитного датчика только приблизительно характеризует величину и распределение магнитного поля в канале, поскольку распределение витков в индукционной катушке опорного сигнала не отражает весовую функцию электромагнитного расходомера.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является датчик электромагнитного расходомера, описанный в авторском свидетельстве SU №838355, МПК G01F 1/58, в котором точность измерения выше, чем в указанном выше решении.
Известный датчик электромагнитного расходомера содержит корпус, выполненный в виде отрезка трубопровода из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом, индуктор, обеспечивающий магнитное поле в канале, электроды, установленные в стенке отрезка трубопровода в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий магнитного поля, и соосно расположенную с трубопроводом в пределах магнитного поля цилиндрическую индукционную секционную катушку опорного сигнала, витки которой размещены по линиям поверхностной весовой функции и выполненной из двух секций, расположенных симметрично относительно продольной плоскости трубопровода.
В известном устройстве ветки индукционной катушки располагаются по линиям уровня поверхностной весовой функции таким образом, чтобы число витков, охватывающих элемент поверхности, было бы пропорционально значению поверхностной весовой функции на этом элементе поверхности. При движении по трубопроводу магнетитовой пульпы в ней наводится электрическое поле, обусловленное взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора. Напряженность электрического поля пропорциональна индукции магнитного поля и скорости потока. Мерой расхода жидкости служит отношение напряжения, снимаемого с электродов, к напряжению, полученному в результате интегрирования сигнала, индуцированного магнитным полем в индукционной катушке опорного сигнала. Переменное магнитное поле наводит в индукционной катушке сигнал, который изменяется при изменении магнитного поля в равной мере с сигналом между электродами датчика. Поэтому использование в качестве меры расхода отношения напряжения, снимаемого с электродов, к напряжению, полученному в результате интегрирования сигнала, индуцированного магнитным полем в индукционной катушке опорного сигнала, позволяет проводить точные измерения.
Недостатком известного устройства является сложность изготовления датчика электромагнитного расходомера, связанная со сложностью изготовления индукционной катушки опорного сигнала. На фиг.3 изображены линии поверхностной весовой функции датчика электромагнитного расходомера для половины цилиндрической поверхности канала, развернутые от одного до другого электрода. Поверхностная весовая функция имеет две особые точки, в которых сходятся все эквипотенциальные линии поверхностной весовой функции электромагнитного расходомера. Эти особые точки находятся в местах расположения электродов. Такая форма поверхностной весовой функции затрудняет трассировку проводников катушки опорного сигнала с последовательным соединением витков между собой.
Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение изготовления датчика электромагнитного расходомера за счет упрощения конструкции индукционной катушки опорного сигнала.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый датчик электромагнитного расходомера содержит, как и известный, корпус, выполненный в виде отрезка трубопровода из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом, индуктор, обеспечивающий магнитное поле в канале, электроды, установленные в стенке отрезка трубопровода в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий магнитного поля, и соосно расположенную с трубопроводом в пределах магнитного поля цилиндрическую индукционную секционную катушку опорного сигнала, выполненную из двух секций, расположенных симметрично относительно продольной плоскости трубопровода, витки которой размещены по линиям поверхностной весовой функции. Но, в отличие от известного, в предлагаемом датчике каждая секция выполнена в виде двух смежных, взаимно встроенных друг в друга спиралей, последовательно и согласно соединенных между собой, каждая спираль имеет ось, огибаемую всеми витками спирали, проведенную через геометрический центр минимального по размерам витка спирали и находящуюся в плоскости поперечного сечения трубопровода, проходящей через электроды, а оси двух смежных спиралей одной секции разнесены между собой и наклонены к электродам на одинаковый угол.
Достигаемый технический результат - упрощение конструкции датчика за счет изменения трассировки витков. В изложенной выше конструкции предложено расположить витки таким образом, при котором ни один виток не пересекается с другим и их последовательное соединение также не образует пересечений, поэтому не требуется использовать специальных конструктивных мер для предотвращения их замыкания.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы изобретения, характеризует датчик электромагнитного расходомера, в котором индукционная катушка опорного сигнала выполнена в виде гибкой печатной платы.
Такое выполнение индукционной катушки позволяет упростить ее изготовление.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы изобретения, характеризует датчик электромагнитного расходомера, в котором спирали, образующие секцию, расположены в разных слоях диэлектрика индукционной катушки.
Выполнение витков в разных слоях позволяет дополнительно изолировать витки друг от друга.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено схематическое изображение датчика - фронтальная проекция; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 показаны линии поверхностной весовой функции; на фиг 4 - половина индукционной катушки опорного сигала (одна секция) в развернутом на плоскость виде.
Рассмотрим пример выполнения датчика электромагнитного расходомера. Он содержит корпус в виде отрезка трубопровода 1, помещенного в электромагнитное поле индуктора 2 и выполненного из немагнитного материала - нержавеющей стали. Внутренняя поверхность корпуса футерована электроизоляционным материалом - слоем 3, например полиуретаном. В него введены два электрода 4 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. На корпусе размещена индукционная секционная катушка 5 опорного сигнала. На корпусе размещена индукционная секционная катушка 5 опорного сигнала, выполненная в виде гибкой печатной платы, проводящий слой 6 которой проведен по линиям поверхностной весовой функции. В зависимости от конструкции витки могут быть расположены в одном или в различных слоях гибкого фольгированного диэлектрика. Если обе спирали каждой секции расположены в одном слое, то витки все равно изолированы между собой. Одна секция индукционной катушки опорного сигнала показана на фиг.4. Она образована витками двух смежных, взаимно встроенных друг в друге спиралей, последовательно и согласно соединенных между собой. На схеме сплошной линией и пунктиром приведены соответственно линии трассировки витков первой и второй спиралей. Между собой спирали включены последовательно и согласно таким образом, что при переменном магнитном поле индуктора, пронизывающем индукционную катушку, производится суммирование сигналов, наведенных в каждой спирали. Каждая спираль имеет ось (на фиг.4 обозначены крестиками), огибаемую всеми витками спирали, проведенную через геометрический центр минимального по размерам витка спирали и находящуюся в плоскости поперечного сечения трубопровода, проходящей через электроды, а оси двух смежных спиралей одной секции разнесены между собой и наклонены к электродам на одинаковый угол.
При описанной выше конфигурации витков на подавляющей по размерам части рабочей поверхности отрезка трубопровода витки катушки индуктивности распределены по линиям поверхностной весовой функции. Только на незначительной части площади поверхности трубы витки распределены в нарушение упомянутой закономерности с целью обеспечения их последовательного соединения между собой.
Рассматриваемый пример выполнения электромагнитного расходомера рассчитан на измерение среднего объемного расхода пульпы железорудного концентрата с содержанием его в твердой составляющей до 70% при изменении относительной магнитной проницаемости измеряемой среды от 1 до 12, при изменении температуры пульпы в диапазоне от +5 до +50С°, при диаметре условного прохода, равном 300 мм, и при внешнем диаметре трубы, равном 324 мм. Максимальная погрешность измерения составляет 1,5%.