СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ РАСХОДОМЕРОВ ЖИДКОТЕКУЧИХ СРЕД
METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING MEASURING PARTS OF FLUID MEDIUM FLOW METRES

Изобретение относится к области прибороростроения, в частности к направлению тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы воды и теплоносителя в напорных трубопроводах водоснабжения и отопления. Конкретно к защитным элементам измерительных устройств с подготовкой структуры воды.
Известен способ изготовления электромагнитного расходомера, электрод электромагнитного расходомера (патент РФ №2200937, кл. G01F 1/58, 28.08.2000 г.), где катушки возбуждения крепятся на поверхностях футеровки, а электроды на участке стенки измерительной трубы с фасонным выступом.
Недостатком данного электромагнитного расходомера является отложение на стенках измерительного участка и электродах солей, изменение поверхности стенки измерительной трубы, а также появление в ходе воздействий между измеряемой средой и стенками измерительной трубы нарушения ламинарного режима течения, что вносит изменения в режим измерения и соответственно искажает его результаты.
Известен способ очистки измерительного электрода (патент РФ №2207558, кл. C02F 1/48, 1999 г.). Способ очистки измерительного электрода осуществляют в рабочем режиме расходомера.
Недостатком этого способа является установка вспомогательного электрода и периодичность режима очистки, что приводит к необходимости режима поверки очистки. Кроме того, режим очистки относится только к очистке измерительного электрода, а не всего измерительного участка
Известен способ обработки воды магнитным полем путем подачи напряжения на намагничивающие катушки и воздействие магнитного потока на движущуюся в рабочем зазоре воду (патент РФ №2191162 от 16.04.2001 г., кл. C02F 1/48, БИ №29, 2002).
Недостатками данного способа обработки воды являются пропускание воды в рабочем зазоре аппарата, создание дополнительных сопротивлений в потоке, турбулентных составляющих на выходе из устройства электромагнитной обработки воды.
Известно устройство магнитной обработки вещества (патент РФ на изобретение №2239606 от 10.06.2004 г., кл. C02F 1/48, C02F 103:02) с магнитным корпусом и размещенной в нем намагничивающей катушкой.
Недостатком устройства является внесение помех в устройства обработки электромагнитных сигналов управления потоками жидкости
Наиболее близким техническим решением, прототипом по технической сущности к предлагаемому изобретению является аппарат магнитной обработки вещества (Патент РФ №2077503, МКИ кл. C02F 1/48, 18.07.94, БИ №11, 20.04.97). Состоящий из магнитного корпуса с торцевыми крышками и намагничивающей катушки.
Недостатком аппарата является наличие выступов магнитных полюсов и создание помех измерительным элементам расходомера.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении стабильной работоспособности измерительных участков расходомеров, согласование режимов работы и исключение внесения помех в рабочий режим расходомеров жидкотекучих сред.
Поставленная техническая задача достигается тем, что дополнительно создают магнитное поле на рабочем участке измерения расхода путем подачи напряжения на намагничивающие катушки и воздействие магнитного потока на движущуюся в магнитном поле жидкотекучую среду, на намагничивающие катушки подают постоянное напряжение и, кроме того, создают в обрабатываемой жидкотекучей среде переменное магнитное поле по длине рабочего измерителя, при этом частота переменного магнитного поля отличается от рабочей частоты измерительного участка.
Поставленная техническая задача достигается также тем, что магнитное поле в обрабатываемой жидкотекучей среде создают в период отсутствия сигнала измерительного элемента.
Кроме того, поставленная техническая задача достигается также тем, что параметры магнитного поля, создаваемого магнитной системой, корректируются блоком измерения расхода по текущим значениям параметров измеряемой жидкотекучей среды (расхода, температуры и давления).
А также тем, что создают несколько магнитных потоков с векторами взаимно противоположного направления по всей длине рабочего участка.
Поставленная техническая задача достигается тем, что переменное магнитное поле создают по направлению движения обрабатываемой жидкотекучей среды.
Поставленная техническая задача достигается и тем, что создают переменное магнитное поле с заданным характером.
Поставленная техническая задача достигается тем, что магнитную систему, состоящую из намагничивающих катушек, располагают перед измерительным элементом, при этом катушки могут состоять из нескольких обмоток, последовательно расположенных, в том числе и с разным направлением намотки витков.
Поставленная техническая задача достигается также тем, что намагничивающие катушки магнитной системы расположены с обеих сторон измерительного элемента.
Техническая задача достигается также тем, что сердечники катушек располагают перпендикулярно направлению движения измеряемой среды, а обмотка расположена вдоль направления движения жидкости.
Кроме того, техническая задача достигается также тем, что на полом внутреннем магнитопроводе расположены секции наружного магнитопровода из Ш-образного сердечника, имеющего наружный и центральный сердечники и намагничивающие катушки, соединенные с катушками, противоположно расположенными по сечению трубопровода.
Также поставленная техническая задача достигается тем, что намагничивающие катушки располагают как последовательно по оси и параллельно друг другу, так и в шахматном порядке.
Конструкция предлагаемых способа и устройства очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред поясняется чертежами. На фиг.1 показано продольное сечение устройства очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред с намагничивающими катушками, ось обмотки которых совпадает с направлением движения измеряемой среды. На фиг.2 показано устройство с катушками электромагнитных обмоток на незамкнутом сердечнике, при этом оси катушек перпендикулярны направлению движения измеряемой жидкотекучей среды, на фиг.3 показан внешний вид этого устройства с последовательно установленными намагничивающими катушками. Продольное сечение устройства очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред с намагничивающими катушками на секциях магнитопровода из Ш-образного сердечника, имеющего наружный и центральный сердечники, представлено на фиг.4, при этом на фиг.5 представлен поперечный разрез устройства очистки с Ш-образными сердечниками.
Принцип работы предлагаемого устройства состоит в обработке движущейся электропроводной жидкости магнитным полем и согласование его работы с работой электромагнитного расходомера.
В основе работы электромагнитного расходомера лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции. Особенность работы известного расходомера [2] состоит в следующем. При движении потока по каналу в жидкости возникает электрическое поле, которое определяется скоростью потока, распределением магнитного поля в канале и "живым" сечением, т.е. площадью поперечного сечения потока жидкости. При этом магнитное поле возбуждения периодически меняется в зависимости от различной схемы включения катушек. Сигналы, снимаемые парами электродов, усиливаются в измерительном устройстве расходомера и запоминаются. Таким образом готовится база данных при магнитных полях, образованных различным включением катушек к источнику питания. Далее вычислительное устройство по специальному алгоритму рассчитывает среднюю скорость потока и площадь "живого сечения", а следовательно, и объемный расход измеряемой среды.
Для снижения влияния эффекта электрохимической поляризации электродов, с одной стороны, и исключения влияния на э.д.с. изменения индукции, с другой, магнитное поле должно быть квазистационарным, т.е. оставаться в течение достаточно долгого времени (не менее 100 мс) постоянным и при этом периодически изменять направление на противоположное. Измерение наведенной э.д.с. производится в течение каждой из полуволн в стационарном режиме, т.е. после окончания переходного процесса. В паузе между полуволнами производится автоматическая коррекция нуля преобразователя.
В период паузы между полуволнами электромагнитного поля преобразователя расхода по сигналам управления от него включается устройство очистки измерительных участков. Поскольку сигнал от первичного преобразователя расхода имеет паузы между полуволнами, сигналы магнитной обработки потока жидкости не будут восприниматься расходомером. Таким образом электромагнитный преобразователь расхода управляет работой устройства магнитной обработки потока жидкости, что позволяет исключить искажение результатов работы расходомера.
Сигнал от первичного преобразователя расхода имеет весьма малую амплитуду (от единиц микровольт) при низком соотношении сигнал/шум, то для его усиления и последующей обработки применены специальные схемотехнические и конструктивные решения, включающие управление работой собственно устройства магнитной обработки потока жидкости.
Устройство очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред фиг.1 состоит из источников электромагнитного излучения 1, связанных с блоком питания и управления 2. При этом источники электромагнитного излучения расположены на трубопроводе 3 перед измерительным элементом узла учета расходомера 4, кроме того, они могут дополнительно располагаться и после него. Источники электромагнитного излучения устройства очистки выполнены в виде намагничивающих катушек 5 с витками кабеля, уложенного виток к витку или с определенным шагом между витками на участке трубопровода 3. Кабель намотан непосредственно на трубопровод 3 измерительного участка. При этом кабель может быть уложен на тепло- и электроизоляционное покрытие 6 измерительного участка. Направление намотки кабеля намагничивающих катушек 5 устройства очистки при этом может быть встречным по отношению к рядом расположенной катушке 5 устройства очистки. Рядом расположенные намагничивающие катушки 5 устройства очистки могут располагаться как в непосредственной близости друг к другу, так и с определенным шагом. Намагничивающие катушки устройства очистки соединены с блоком питания и управления 2, при этом блок управления непосредственно связан с блоком узла учета расходомера 7, источники электромагнитного излучения которого расположены на трубопроводе измерительного участка трубопровода. Блок питания и управления 2 устройства очистки получает и обрабатывает сигналы узла учета расходомера 7, корректируя как период подачи сигналов на источники электромагнитного излучения, намагничивающие катушки 5, так и их мощность и частоту в зависимости от расхода обрабатываемой жидкотекучей среды 8.
Устройство очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред фиг.2 выполнено из отдельных намагничивающих катушек 9 с сердечниками 10, расположенными на трубопроводе 3 измерительного участка расходомера 4, с источниками излучения и приемными элементами. Сердечники 10 намагничивающих катушек 9 закреплены на трубопроводе 3 измерительного участка перпендикулярно направлению движения измеряемой жидкотекучей среды 8. Намагничивающие катушки 9 могут быть выполнены в виде катушек по всей длине измерительного участка до и после расходомера либо в виде группы отдельных катушек 11. Количество намагничивающих катушек 9 или 11 определяется сечением и поверхностью трубопровода. Катушки закрыты экраном 12 магнитного поля. Направление наибольшей длины катушки может быть установлено как по направлению движения измеряемой среды, так и поперек ее, при этом катушки могут располагаться как в одну линию фиг.3, так и в шахматном порядке.
Устройство очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред фиг.4 выполнено из отдельных намагничивающих катушек 13 с Ш-образными сердечниками 14, расположенными на трубопроводе 3 измерительного участка расходомера 4. Намагничивающие катушки 13 на секциях магнитопровода из Ш-образного сердечника, имеющего наружные и центральный сердечники направлены в сторону оси трубопровода 3 фиг.4. Катушки 13 с Ш-образными сердечниками расположены соосно друг против друга и электрически связаны между собой фиг.5.
Для обеспечения пересечения жидкотекучей среды 8 магнитным полем намагничивающие катушки 9 (11) расположен соосно друг против друга и могут быть соединены последовательно. Такой вариант соединения относится к намагничивающим катушкам как с Ш-образными сердечниками 13 фиг.4, 5, так и к намагничивающим катушкам 7, сердечники 8 которых закреплены на трубопроводе 3 измерительного участка перпендикулярно направлению движения измеряемой жидкотекучей среды 6 фиг.2, 3.
Обработку жидкотекучей среды 8 по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. На намагничивающие катушки 5 (9, 10, 11) подают постоянное напряжение, обеспечивая определенный уровень магнитного поля. Кроме того, подают переменное напряжение на намагничивающие катушки 5 (9, 10, 11), меняя напряженность магнитного поля на рабочем участке магнитной обработки жидкотекучей среды 8. Поскольку рядом расположенные катушки 5 (9, 10, 11) по направлению намотки отличаются между собой, меняется воздействие магнитного поля на движущуюся жидкотекучую среду 8 по всей длине водообработки рабочего измерительного участка. При этом частоту переменного магнитного поля, создаваемого намагничивающими катушками устройства очистки измерительного участка, выбирают таким образом, чтобы она отличалась от рабочей частоты измерительного участка для предотвращения помех и искажения результатов работы измерительного устройства.
Кроме того, для предотвращения внесения искажений в сигналы измерительного элемента расходомера магнитное поле создают в период отсутствия сигнала измерительного элемента. Это обеспечивает связь работы измерительного устройства с работой устройства магнитной обработки жидкотекучей среды.
Связь работы измерительного устройства расходомера с работой устройства магнитной обработки жидкотекучей среды обеспечивает управление величиной постоянного магнитного поля, а также частотой переменного магнитного поля, корректируя их в соответствии с параметрами жидкотекучей среды, такими как расход, температура и давление. Это позволяет снизить расход электроэнергии на работу устройства магнитной обработки измеряемой среды.
Для максимальной обработки поля сечения жидкотекучей среды создают несколько магнитных потоков с векторами, противоположно направленными по всей длине рабочего участка. При этом переменное магнитное поле создают по направлению движения обрабатываемой среды. Это позволит увеличить период магнитной обработки жидкотекучей среды, что в свою очередь приведет к существенному снижению загрязнения поверхности измерительного участка.
В зависимости от параметров и свойств обрабатываемой жидкотекучей среды ее обрабатывают магнитным полем с заданным характером сигналов, например прямоугольным, синусоидальным или другим подобранным в соответствии с обрабатываемой средой и требованиями защиты измерительного участка.
Устройство очистки измерительных участков расходомеров жидкотекучих сред состоит из измерительного участка с установленными на нем источниками излучения и приемными элементами, расположенными в центральной части измерительного участка с магнитной системой. Магнитная система состоит из намагничивающих катушек 9 фиг.1, намотанных соосно с направлением движения измеряемой среды 8 и расположенных в основном перед измерительным участком 4. Дополнительно намагничивающие катушки 9 располагают и за измерительным участком 4. Намагничивающие катушки 9 состоят из нескольких обмоток, расположенных непосредственно на трубопроводе 3, покрытом электро- и теплоизоляцией 6. Намагничивающие катушки могут быть 9 однослойными с витками, сделанными с определенным шагом. Причем катушки могут располагаться последовательно на расстоянии друг от друга, а витки при этом могут быть сделаны в противоположном направлении.
Намагничивающие катушки 9 фиг.2 крепят на сердечниках, расположенных перпендикулярно направлению движения измеряемой среды 8. Катушки 9 располагают параллельно друг другу либо со смещением. Соосно расположенные катушки 9 могут быть электрически последовательно соединены, обеспечивая пересечение магнитным полем сечения трубопровода 3. Катушки 9 могут быть разделены на группы по своему расположению по длине обрабатываемого ими участка трубопровода. Кроме того, группы катушек 9 могут быть разделены по электропитанию и частоте наводимого ими магнитного поля. Снаружи катушки закрыты экраном 12 магнитного поля для защиты работы других измерительных приборов.
Намагничивающие катушки фиг.4 с Ш-образными сердечниками расположены на трубопроводе 3 измерительного участка. Центральный 16 и наружные 17 сердечники магнитопровода своими незамкнутыми элементами 18 направлены в сторону обрабатываемой жидкотекучей среды 8. Схема соединений и расположение катушек с Ш-образными сердечниками аналогична схеме соединений и расположения катушек с незамкнутыми сердечниками.
Предварительная электромагнитная обработка жидкотекучей среды с применением высокочастотного электромагнитного метода позволит, не меняя состава жидкотекучей среды, предотвратить отложение солей на поверхности измерительных участков расходомеров. Защита поверхности измерительных участков от отложений обеспечит сохранение гарантированной приборной точности измерений. Отсутствие отложений позволит отказаться от частых процессов чистки измерительных участков расходомеров. Уменьшение отложений на поверхности измерительных участков, возможно, позволит увеличить межповерочный интервал расходомеров.