ДАТЧИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения расхода жидких электропроводящих сред, в частности может быть использована для измерения расхода абразивной пульпы железорудного концентрата в воде.
Известен электромагнитный расходомер для определения расхода электропроводящей жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн.2. - 5-е изд., - Спб.: Политехника, 2004, стр.304-305) (Л.1), корпус которого выполнен в виде участка трубопровода из немагнитного материала, покрытого внутри изоляционным слоем и помещенного между полюсами электромагнита. В него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля.
При осесимметричном потоке и при равномерном распределении электромагнитной индукции потока во времени показания расходомера будут точно измерять расход среды, но поток пульпы железорудного концентрата создает иные условия, и величина магнитной проницаемости меняется в значительных пределах не только во времени, но и по поперечному сечению потока
Известен датчик электромагнитного расходомера для измерения жидких электромагнитных сред, в котором частично устранена зависимость выходного сигнала от вариаций магнитной проницаемости во времени (Патент РФ №1830135 МПК G01F 1/58). Он содержит участок трубопровода из немагнитного материала, который помещен между полюсами электромагнита и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля, а в зазоре между полюсами электромагнита и участком трубопровода помещены витки катушки для измерения производой магнитного поля по времени.
Недостатком известного устройства является то, что при измерении расхода учитывается только изменение магнитной проницаемости во времени, но не учитываются ее изменения по площади трубы, связанные с отсутствием осесимметричности потока.
Известно, что при осесимметричном потоке показания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе будут приблизительно одинаковыми как при турбулентном потоке, так и при ламинарном. Но движение пульпы железорудного концентрата не является равномерным по площади трубы. Нарушение осевой симметрии
потока влияет на показания расходомера. Это влияние обусловлено тем, что вклад отдельной частицы пульпы в создание разности потенциалов на электродах тем больше, чем ближе расположена эта частица к тому или другому электроду. (Л.1 стр.303).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является датчик электромагнитного расходомера, содержащий участок трубопровода из немагнитного материала, который помещен между полюсами электромагнита и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля и, расположенную в пределах магнитного поля индукционную катушку в виде двух гибких печатных плат, проводящий слой которых выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции.
Известный датчик позволяет определять расход с высокой степенью точности. Но его конструкция предполагает его использование для определения расхода жидких сред с достаточно равномерным перемещением измеряемого потока по трубопроводу. Перемещение пульпы железорудного концентрата не удовлетворяет этому условию, так как ее перемещение сопровождается повышенной вибрацией и гидроударами. Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание датчика магнитного расходомера обладающего высокой механической прочностью.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый расходомер содержит так же, как и известный, корпус, выполненный в виде участка трубопровода из немагнитного материала, который помещен в электромагнитное поле и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля, и, расположенную в пределах магнитного поля индукционную катушку в виде гибкой печатной платы, проводящий слой которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. Но в отличие от известного, в предлагаемом датчике катушка индуктивности помещена с наружной стороны корпуса, ее проводящий слой обращен наружу, а между катушкой индуктивности и корпусом помещен слой, выполненный из эластичного электроизоляционного материала.
Достигаемым техническим результатом является повышение механической надежности датчика при сохранении высокой точности измерения.
Известно, что расположение витков по линиям уровня поверхностной весовой функции дает наиболее точные измерения (Авторские свидетельства SU №627343, №1467399 МПК G01F 25/00). Известно также, например, из Авторского свидетельства
№838355, что катушка индуктивности может быть выполнена в виде печатной платы, проводящий слой которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. При этом известно, что использование такой катушки индуктивности позволяет достичь высокой точности измерения, так как в этом случае любое изменение магнитного поля изменяет в равной мере наведенную в индукционной катушке ЭДС Е и сигнал датчика U. Поэтому при использовании отношения U/E в качестве меры расхода их изменение не влияет на точность измерения. Но, как правило, такие катушки индуктивности устанавливают внутри трубы. Для измерения пульпы железорудного концентрата следует иметь в виду, что ее движение сопровождается вибрацией трубы, которая может вызвать повреждение катушки в том случае, если она будет расположена внутри корпуса датчика или на самом корпусе снаружи. Но движение пульпы сопровождается не только вибрацией трубопровода, но и сильными гидроударами, возникающими при пуске насоса, подающего пульпу от которых печатная плата должна быть механически защищена.
Поэтому в соответствие с формулой полезной модели между корпусом датчика и печатной платой помещен слой эластичного материала, который предохраняет ее от ударных воздействий пульпы. Эластичность материала позволяет решить еще одну задачу при измерении расхода железорудного концентрата. Дело в том, что трубопровод проходит в условиях практически открытого пространства, и расходомер должен работать с учетом большого перепада температур. Учитывая то, что корпус расходомера под влиянием изменения температур может изменять свой диаметр, использование эластичного материала позволяет изолировать печатную плату катушки от колебаний размера корпуса и предотвращает ее разрушение.
Формула полезной модели предусматривает электроизоляционные свойства эластичного материала. Это свойство необходимо для предотвращения короткого замыкания между витками катушки.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует расходомер, в котором поверхность печатной платы, обращенная в сторону корпуса покрыта слоем металлизации.
Техническим результатом является повышение точности измерения расходомера за счет повышения его помехоустойчивости. Металлизация платы является электростатическим экраном, предохраняющим прибор от посторонних магнитных помех.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует расходомер, в котором эластичный слой закреплен на корпусе с помощью эластичного клея.
Эластичность клея позволяет выполнить достаточно прочное соединение эластичного слоя с корпусом, которое не зависит от температурных колебаний размеров корпуса.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен расходомер фронтальная проекция, а на фиг.2 вид сбоку - поперечное сечение.
Рассмотрим пример выполнения датчика электромагнитного расходомера. Он содержит корпус 1, помещенный в электромагнитное поле, и выполненный из немагнитного материала - нержавеющей стали. Внутренняя поверхность корпуса футерована электроизоляционным материалом - слоем 2, например, полиуретаном. В него введены два электрода 3 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. На корпусе размещена катушка индуктивности, она отделена от поверхности корпуса эластичным силиконовым слоем 4. Катушка индуктивности выполнена в виде гибкой печатной платы 5, проводящий слой 6 которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. Противоположная сторона платы 5, обращенная в сторону корпуса, покрыта слоем металлизации, выполняющим функции электростатического экрана.
Рассматриваемый пример выполнения электромагнитного расходомера рассчитан на измерение среднего объемного расхода пульпы железорудного концентрата с содержанием его в твердой составляющей до 70% при изменении магнитной проницаемости потока μ 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 1,2 %.