ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ
ELECTROMAGNETIC LIQUID FLOW METER

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к направлению тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя электромагнитным способом в напорных трубопроводах.
Известен способ изготовления электромагнитного расходомера, электрод электромагнитного расходомера (России пат.№2200937, кл. G01F 1/58; 28.08.2000 г.), где футеровку выполняют из фторопластовых стержней и втулок, а электроды на участке стенки измерительной трубы выполняют с острыми краями канавкой.
Недостатком данного электромагнитного расходомера является деформация проточного канала при воздействии температуры и давления.
Известно устройство электромагнитного датчика расхода, содержащее измерительную трубу из немагнитного неэлектропроводного материала и корпус из ферромагнитной стали (пат. Великобритании МПК G01F 1/58 №2160982, 28.06.1985). Корпус с измерительной трубой образуют полость, в которой расположены полюсные наконечники и катушки магнитной системы. Для уплотнения стыков между корпусом и измерительной трубой установлены кольца.
Недостатком устройства является сложность конструкции и ненадежное уплотнение полости датчика при колебаниях температуры окружающего воздуха и жидкости, что приводит к заполнению влагой свободных зон в полости датчика через поры и трещины в стыках соединяемых деталей корпуса и измерительной трубы.
Наиболее близким решением, прототипом по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитный, преобразователь расхода, который состоит из металлического корпуса, клеммной коробки и неметаллической измерительной трубы с жесткой геометрией сечения, на наружном диаметре которой выполнена магнитная система в виде двух катушек возбуждения магнитного поля, а в поперечном сечении установлены два электрода, провода катушек и электродов выведены в клеммную коробку и распаяны на печатной плате. На фланцах по внутреннему диаметру установлены цилиндрические кольца из нержавеющей стали, имеющие проточку на наружном диаметре, которые заходят в выборки по внутреннему диаметру на торцах измерительной трубы, при этом фланцевое уплотнение изделия снабжено фторопластовой кольцевой прокладкой, установленной между фланцем и прижимным кольцом, выполненными с фасками, кроме того, внутренний объем корпуса, включая магнитную систему и узлы уплотнения, заполнен пеногерметиком до уровня клеммной коробки. /G01F 1/58 РФ, патент на изобретение №2349880 от 20.03.2009 г./
Недостатками конструкции прототипа являются ее низкая электромагнитная помехозащищенность и нетехнологичность изготовления. Расходомер работает в условиях постоянно действующих внешних и внутренних дестабилизирующих факторов (электромагнитных помех), соответственно, при уровне измерительного сигнала в единицы микровольт эти факторы оказывают существенное негативное влияние на точность и стабильность метрологических показаний. Недостатком технического решения прототипа является низкая степень герметичности корпуса, что характеризует недостаточную эффективность радиального фланцевого уплотнения, это приводит к снижению сопротивления изоляции измерительных и питающих цепей. Заливка корпуса пеногерметиком значительно увеличивает технологический цикл изготовления изделия и не решает проблемы возможного нарушения герметичности конструкции и попадания внутрь корпуса жидкости из трубопровода.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении помехоустойчивости расходомера и в исключении попадания конденсата и влаги внутрь корпуса преобразователя расхода и обеспечении точности и стабильности работы изделия в условиях постоянно меняющихся значений температуры и давления жидкости.
Поставленная техническая задача для расходомера с неметаллической трубой с жесткой геометрией канала достигается тем, что на измерительной трубе, в плоскости, перпендикулярной плоскости измерительных электродов, установлены два дополнительных электрода, которые служат для измерения электрической проводимости жидкости в трубопроводе, этот параметр используется для компенсации выходного сигнала расходомера при изменении физико-химических свойств измеряемой жидкости, на электроды и катушки возбуждения установлены экраны из немагнитного металла, которые заземлены, при этом в экранах выполнен воздушный зазор, на наружной поверхности измерительной трубы установлен датчик для измерения уровня магнитного поля внутри канала трубы, сигнал с которого используется для стабилизации магнитного потока через сечение канала измерительной трубы расходомера, провода от экранов и датчика выведены в клеммную коробку и распаяны на печатной плате, в торцах измерительной трубы установлено кольцевое резиновое уплотнение, заливка внутреннего объема корпуса силиконовым пеногерметиком не производится.
Конструкция предлагаемого электромагнитного расходомера поясняется чертежами. На фиг.1 показано продольное сечение расходомера, на фиг.2 показано поперечное сечение изделия.
Электромагнитный расходомер, фиг.1, состоит из неметаллической измерительной трубы 16 с жесткой геометрией сечения канала, например, керамической и корпуса 11. Измерительная труба 16 крепится к корпусу 11 посредством фланцев 7 и заземляющих цилиндрических колец 14. Заземляющие кольца 14 обеспечивают электрическую связь потенциала измеряемой жидкости с корпусом 11. Герметичность корпуса обеспечивается фторопластовой кольцевой прокладкой 8, которая винтами 17 стягивается между фасками фланца 7 и прижимного кольца 6, а также кольцевой резиновой прокладкой 9, которая устанавливается между фланцами 7 и торцами измерительной трубы 16. На корпусе 11, к примеру, посредством сварки либо на винтах установлена стойка 4, на которой крепится электронный блок 2. На наружном диаметре измерительной трубы 16 установлена магнитная система, состоящая из двух катушек индуктивности 10. В продольном и поперечном сечении измерительной трубы 16 установлены четыре электрода 15 из немагнитной стали. На электроды 15 надеты экранирующие колпачки 13 из немагнитного металла, например латуни. Катушки индуктивности 10 экранированы фольгой из немагнитного металла 12, например, меди, при этом в экранах 12 выполнены воздушные зазоры для минимизации воздействия паразитных токов Фуко. Экраны 12, 13 заземлены. Провода 17 от катушек индуктивности 10, электродов 15 и экранов 12, 13 через полость в стойке 4 выводятся в электронный блок 2 и распаиваются на печатных платах, фиг. 1. Внешняя связь электромагнитного расходомера с блоками питания и отображения информации осуществляется специальным кабелем через разъемы 3, фиг. 2, установленные на электронном блоке 2. Корпус электронного блока 2 закрывается герметично крышкой 1, винт 12 служит для опломбирования изделия.
Электромагнитный расходомер работает следующим образом:
К катушкам индуктивности 10 по проводам 17 подается напряжение питания, возбуждающее магнитное поле, которое пронизывает сечение измерительной трубы 16. При движении электропроводной жидкости по каналу измерительной трубы в магнитном поле наводится электродвижущая сила, значение которой с двух электродов В1, В2 15, расположенных в продольном сечении измерительной трубы 16, по проводам 17 передается в измерительную часть схемы. Величина электродвижущей силы пропорциональна скорости потока жидкости и, соответственно, ее объемному расходу. При изменении физико-химических свойств измеряемой жидкости изменяется ее электрическая проводимость, величина которой измеряется двумя электродами В3, В4 15, расположенными в поперечном сечении измерительной трубы 16 и по проводам 17 передается в электронный блок 2 для выработки компенсирующих воздействий на выходной сигнал расходомера, вызванных изменением электрической проводимости измеряемой жидкости. Для измерения величины индукции магнитного поля внутри канала измерительной трубы 16, на ее наружной поверхности установлен датчик 5, например Холла, сигнал с датчика уровня магнитного поля передается по проводам 18 в электронный блок 2 и служит для стабилизации магнитного потока через сечение измерительной трубы 16. Герметичность корпуса расходомера обеспечивает фторопластовая кольцевая прокладка 8, которая уплотняет по наружному диаметру измерительную трубу 16, а также кольцевая резиновая прокладка 9, которая обжимается между фланцами 7 и торцами измерительной трубы 16. Цилиндрические кольца 14 фиксируют измерительную трубу от смещений и выполнены из материала, не подвергающегося воздействию измеряемой среды. Кольца 14 служат также для сглаживания стыков трубопровода и участков измерительной трубы 16. Заявляемое устройство электромагнитного расходомера с элементами торцевого уплотнения, с полностью экранированными электродами и катушками индуктивности, с дополнительными электродами, измеряющими электрическую проводимость жидкости и с датчиком уровня индукции магнитного поля в канале измерительной трубы обеспечивает по отношению к прототипу более высокий уровень надежности в течение всего срока эксплуатации.