ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным способом, и может быть использована для измерения расхода электропроводных жидкостей.
Наиболее распространенная конструкция электромагнитного расходомера для измерения расхода электропроводных жидкостей (например, Электромагнитный расходомер, Патент РФ №2272998, МПК GO1F 1/58) содержит участок трубопровода круглого сечения, изготовленного из немагнитного материала, покрытого внутри слоем неэлектропроводной изоляции и помещенного между полюсами электромагнита с магнитопроводом, и введенные в трубопровод электроды, установленные в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита. Вся конструкция помещается в корпус.
i
Конструкция расходомера должна удовлетворять многим условиям, обеспечивающим их работоспособность и, в частности, должны быть обеспечены минимальные потери магнитного поля и защита прибора от внешних магнитных полей. Эти параметры важны, так как расход определяется по значению ЭДС индукции на электродах расходомера. Текущее значение ЭДС (E) индукции на электродах определяется по формуле
i
E=B·d·v
где В - значение магнитной индукции, d - диаметр трубопровода, v - средняя скорость потока жидкости.
Из приведенной выше формулы видно, что значение средней скорости является важным параметром при измерении расхода.
При круглом сечении участка трубопровода и при осесимметричном потоке показания электромагнитного расходомера при одном и том же при ламинарном движении. Это большое преимущество данных расходомеров по сравнению со многими другими. Оно - результат действия циркуляционных токов между центральной зоной больших скоростей и периферией, которые снижают ЭДС на электродах настолько, насколько она могла бы возрасти от увеличения скоростей в центральной зоне.
Но при нарушении осевой симметрии потока появляется влияние деформации поля скоростей на показания электромагнитных расходомеров. Это влияние обусловлено тем, что вклад отдельной точки жидкости и создание разности потенциалов на электродах тем больше, чем ближе расположена эта точка к тому или другому электроду. Нарушение осевой симметрии может возникнуть по разным причинам, таким как деформация трубы, наличие поблизости колена, неравномерное по окружности тубы выпадение осадков из жидкости. Во всех этих случаях точность измерения уменьшается.
Известны расходомеры, в которых участок трубопровода выполнен прямоугольным. У таких расходомеров, при условии создания индуктором равномерного магнитного поля и наличия протяженных электродов по всей высоте канала индуцируемая ЭДС будет инвариантной к профилю скоростей потока. Любое изменение профиля, вплоть до скручивания потока, не окажет никакого влияния на показания расходомера, что позволит установить его непосредственно перед гидравлическим сопротивлением или сразу после него. Кроме того, поскольку векторы скорости и магнитной индукции взаимно ортогональны, то сигнал ЭДС будет достигать максимальных значений по сравнению с другими конструкциями расходомеров. Но все достоинства этого типа расходомеров достижимы при условии создания равномерного магнитного поля. Эта задача является основной при создании подобных расходомеров.
Известен расходомер, содержащий помещенный в корпус участок трубопровода, выполненный из немагнитного материала, покрытый внутри слоем неэлектропроводной изоляции, в котором сформирован измерительный канал с участком прямоугольного сечения, расположенный между полюсами электромагнита, замкнутых магнитопроводом, а на стенках участка прямоугольного сечения, параллельных направлению магнитного поля установлены электроды в виде прямоугольных пластин, высота которых совпадает с высотой этой стенки вдоль направления магнитного поля. (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2-5-е изд., - СПб.: Политехника, 2004. Стр.305).
В известном устройстве участок трубопровода имеет круглое сечение, измерительный канал - прямоугольное и поскольку электромагнит установлен на трубопроводе, то расстояние между полюсами электромагнита достаточно большое. Но с увеличением этого расстояния резко увеличиваются поля рассеяния и уменьшается равномерность поля. Результатом является искажение результатов измерения.
Задачей, решаемой полезной моделью является уменьшение полей рассеяния и увеличение равномерности магнитного поля в зоне измерения.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый расходомер, так же, как и известный, содержит помещенный в корпус участок трубопровода, выполненный из немагнитного материала, покрытый внутри слоем неэлектропроводной изоляции, в котором сформирован измерительный канал с участком прямоугольного сечения, расположенный между полюсами электромагнита, замкнутых магнитопроводом, а на стенках участка прямоугольного сечения параллельных направлению магнитного поля установлены электроды в виде прямоугольных пластин, высота которых совпадает с высотой этой стенки вдоль направления магнитного поля. Но, в отличие от известного, в предлагаемом расходомере внутри участка трубопровода, с обеих сторон прямоугольного участка измерительного канала размещены концентраторы магнитного поля, каждый из которых соединен с соответствующим сердечником, а ширина их перекрывает ширину электродов, над которыми они размещены.
Техническим результатом является увеличение точности измерения расхода.
Точность расхода увеличивается за счет того, что в рассматриваемой конструкции над прямоугольным участком измерительного канала установлен концентратор магнитного поля и поэтому уменьшены поля рассеяния и увеличена равномерность поля.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция электромагнитного расходомера (продольный разрез), а на фиг.2. - поперечный разрез
Рассмотрим пример выполнения расходомера. Он состоит из участка трубопровода 1, помещенного в корпус 2. Внутри трубопровода сформирован измерительный канал с участком прямоугольного сечения 3, трубопровод покрыт внутри слоем неэлектропроводной изоляции 4. В частности, в качестве изоляции можно использовать пластмассу и литьем сформировать из нее измерительный канал с участком прямоугольного сечения, который переходит по краям к круглой форме, для согласования по форме с контролируемой трубой. Внутри участка трубопровода по обе стороны измерительного каналом с прямоугольным сечением над измерительным каналом установлены электромагниты с сердечниками 5 и магнитопроводом 6. На стенках измерительного канала, параллельных направлению магнитного поля, установлены электроды 7 в виде прямоугольных пластин, причем их длина совпадает с длиной этой стенки вдоль магнитного поля. Внутри участка трубопровода, с обеих сторон прямоугольного участка измерительного канала размещены концентраторы 8 магнитного поля, каждый из которых соединен с соответствующим сердечником, например винтовым соединением. Концентраторы могут быть изготовлены из листов магнитомягкой стали для уменьшения токов Фуко. По протяженности концентраторы перекрывают электроды 7. Проведенные измерения показали, что установка концентраторов в несколько раз уменьшает поля рассеяния, а также способствует формированию равномерного поля в области измерения. Следствием этого является повышение точности расходомера с прямоугольным сечением.