Вихревый электромагнитный преобразователь расхода жидкости

Полезная модель относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидкостей с ионной проводимостью, и может быть использована для измерения расхода и количества воды, растворов солей, щелочей, пищевых жидкостей и т.п.в водоснабжении, теплоснабжении, энергетике, химической и других отраслях промышленности.
Известно расходомерное устройство, содержащее тело обтекания в виде вихреобразующего стержня, установленного по диаметру трубы, и размещенный за телом обтекания электромагнитный преобразователь, выполненный по типовой схеме электромагнитного расходомера - магнитная система с магнитным полем, направленным перпендикулярно потоку, и два электрода, установленные на внутренней поверхности трубы на концах линии диаметра, перпендикулярной направлению магнитного поля (см. книгу А.Ш. Киясбейли, М.Е. Перельштейн "Вихревые измерительные приборы", Машиностроение, 1978. с. 70).
Недостатком данного устройства является низкая амплитуда частотного выходного сигнала и его искажение турбулентными помехами, что обусловлено неоптимальным взаимным пространственным размещением элементов - тела обтекания, магнитной системы и электродов устройства. Это существенно затрудняет измерение информативной характеристики - частоты кармановского вихреобразования в преобразователе.
Известен вихревой электромагнитный преобразователь расхода жидкости, включающий в себя измерительный участок трубы с телом обтекания, продольная ось которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему, создающую в контролируемой области внутритрубного объема постоянное магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания, и подключаемые к блоку обработки выходного сигнала электроды, по крайней мере, одним из которых служит тонкий металлический стержень, электроизолированно введенный внутрь трубы, где содержит рабочий электроконтактный участок и токовыводящую часть, поверхность которой электроизолирована, при этом стержневой электрод установлен на линии диаметра трубы, параллельного продольной оси тела обтекания (Патент РФ №2142614 C1, G01F 1/32, G01P 5/08).
Данное устройство характеризуется высокой амплитудой периодического выходного сигнала и отсутствием существенных помеховых искажений. Это в значительной степени упрощает алгоритм обработки сигнала и соответствующую измерительную аппаратуру устройства.
Однако следует указать, что стержневой электрод в этом устройстве, установленный параллельно продольной оси тела обтекания, находится в зоне знакопеременного межвихревого перетока в кармановской цепочке вихрей (см. журнал "Измерительная техника" №11, 2008, с. 33). В связи с этим, по всей длине на электрод воздействует знакопеременная раскачивающая сила, что при долговременной эксплуатации может являться одной из причин разгерметизации и появлении протечек жидкости через узел гермоввода электрода.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение вероятности разгерметизации и повышение срока службы преобразователя.
Поставленная цель достигается тем, что в вихревом электромагнитном преобразователе расхода жидкости, включающем в себя измерительный участок трубы с телом обтекания, продольная ось которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему, создающую в контролируемой области внутритрубного объема постоянное магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания, и подключаемые к блоку обработки выходного сигнала электроды, по крайней мере одним из которых служит тонкий металлический стержень, электроизолированно введенный внутрь трубы, где содержит рабочий электроконтактный участок и токовыводящую часть, поверхность которой электроизолирована, стержневой электрод установлен на линии диаметра трубы, скрещивающегося под прямым углом с продольной осью тела обтекания.
0
0
0
Отличительным признаком преобразователя является размещение стержневого электрода на линии диаметра трубы, скрещивающегося под прямым углом с продольной осью тела обтекания. Электроконтактный участок электрода размещен в центральной области сечения трубы, его длина составляет (0,2÷0,4)D, где D - диаметр трубы; расстояние между телом обтекания и электроконтактным участком - (0,4÷1,0)D.
Предложенное изменение конструкции устраняет знакопеременное силовое воздействие потока на стержневой электрод и способствует сохранению герметичности преобразователя при долговременной эксплуатации. При этом не наблюдается заметных ухудшений в выходном сигнале преобразователя по сравнению с прототипом.
На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема устройства, на фиг. 3 изображен фрагмент выходного сигнала преобразователя.
Преобразователь (фиг. 1 и 2), включающет в себя участок трубы с немагнитной электропроводящей стенкой 1, тело обтекания 2 в виде вихреобразующего стержня, продольная ось 3 которого перпендикулярна оси трубы, и размещенную снаружи трубы магнитную систему с полюсами 4 и 5, создающую внутри трубы за телом обтекания постоянное магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания.
Преобразователь содержит два электрода 6 и 7, подключаемые к блоку обработки выходного сигнала. Электрод 6 выполнен в виде тонкого металлического стержня, электроизолированно введенного внутрь трубы, где содержит рабочий электроконтактный участок 8 и токовыводящую часть, поверхность которой покрыта электроизолятором 9. Электрод 7, установленный на стенке трубы, выполняет роль заземления.
Как и в прототипе, работоспособность преобразователя основана на регистрации периодических пульсаций электрического потенциала, возникающих в жидкости при воздействии постоянного магнитного поля на генерируемую телом обтекания 2 вихревую дорожку Кармана. Эти пульсации регистрируются посредством контактирующего с жидкостью стержневого электрода 6 и электрода 7, выполняющего роль заземления. Расход жидкости определяют по значению частоты ƒ, Гц снимаемого с электродов выходного периодического сигнала.
0
0
0
Для экспериментальной проверки работоспособности был изготовлен преобразователь, выполненный по схеме, приведенной на фиг. 1 и 2. Внутренний диаметр измерительного участка D=20 мм; материал трубки и тела обтекания - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т; значение индукции магнитного поля в центре межполюсного зазора составляет В=0,035 Т. Электрод для контроля величины потенциала жидкости - стальной стержень диаметром 1,6 мм, длина электроконтактной части электрода 7 мм (0,35D,), расстояние между электродом и телом обтекания - 14 мм (0,7D,).
м
Испытания преобразователя проводились на водяном расходомерном стенде. Сигнал с электродов подавался на усилитель и далее на осциллограф тектроникс 1002 В, посредством которого проводились визуальный анализ качества сигнала и измерение частоты регистрируемых колебаний. Значения расхода определяли по времени заполнения образцового мерного бака стенда, мерный объем V=300 л, погрешность ±0,1%.
3
В результате испытаний установлен рабочий диапазон расхода Q=(0,4÷10) м/ч, в котором преобразователь обеспечивает генерацию периодического выходного сигнала достаточно высоких качества и амплитуды. Соответствующий диапазон частоты выходного сигнала составляет ƒ=(16÷410) Гц.
3
На фиг. 3 для примера изображен фрагмент выходного сигнала при значении расхода Q=3,61 м/ч, измеренное при этом значение частоты составляет ƒ=147,9 Гц.
Стендовой проливкой преобразователя в рабочем диапазоне расходов установлено, что его градуировочная характеристика описывается линейной зависимостью Q=a⋅ƒ, где а=0.0244 - значение коэффициента преобразования, и его погрешность составляет не более ±0,5%.
Таким образом, полученные при испытаниях данные подтвердили работоспособность преобразователя в широком диапазоне расхода жидкости при достаточно высокой точности измерений.