ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА
ELECTROMAGNETIC FLOW TRANSDUCER

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к направлению тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы воды и теплоносителя электромагнитным способом в напорных трубопроводах водоснабжения и отопления.
Известно устройство электродного узла электромагнитного расходомера, состоящее из электрода, опорной втулки, крепежной гайки и тарельчатой пружины (пат. России пол. модель №20959, кл. G01F 1/58; 05.07.2001 г.).
Недостатком устройства является сложность выполнения размера выступания электрода за поверхность футеровки измерительной трубы.
Известен также способ изготовления электромагнитного расходомера, электрод электромагнитного расходомера, (пат. России №2200937, кл. G01F 1/58; 28.08.2000 г.), где катушки возбуждения крепятся на поверхностях футеровки компаундом, а электроды на участке стенки измерительной трубы выполняют с фасонным выступом с острыми краями канавки.
Недостатком данного электромагнитного расходомера является затрудненное и неполное заполнение компаундом камеры между стенками измерительной трубы и внешним кожухом, а также появление в ходе температурных воздействий зазоров между электродом и стенками измерительной трубы.
Наиболее близким конструктивным решением, прототипом по технической сущности к предлагаемому изобретению, является электромагнитный датчик расхода электропроводящих жидкостей, выполненный на основе трубы из немагнитного и неэлектропроводного материала, на которой установлены катушки возбуждения, полюсные наконечники и электроды. Корпус изделия выполнен из ферромагнитной стали. Провода от катушек возбуждения и электродов выведены в клеммную коробку. Герметичность конструкции обеспечивается стальными фланцами и уплотнительными материалами. Внутренний объем корпуса заполнен смесью слюды и пропиточного лака. /Российская Федерация, патент на изобретение №2277699 от 10.06.2006 г./
Недостатками конструкции прототипа являются ее низкая надежность, нестабильность показаний и нетехнологичность изготовления.
Низкая надежность конструкции прототипа обусловлена тем, что при высокотемпературном режиме полимеризации материала, используемого для заливки внутреннего объема корпуса, происходит размягчение материала трубы и электродного уплотнения, и, как следствие, деформация сечения канала измерительной трубы и снижение эффективности фланцевого и электродного уплотнений. Приготовление заливочной смеси на основе электроизоляционного пропиточного лака и технология вакуумной пропитки внутреннего объема изделия также требуют специального и дорогостоящего оборудования.
Недостатком технического решения прототипа является отсутствие заземляющего элемента конструкции для электрической связи потенциала протекающей по трубопроводу жидкости с корпусом изделия, что существенно влияет на помехоустойчивость изделия.
Недостатком конструкции прототипа является то, что один из металлических полюсных наконечников выполнен полым, а другой - цельным, это приводит к смещению магнитного поля относительно профиля потока протекающей жидкости и, соответственно, к искажению показаний изделия.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении конструкционной прочности изделия, исключении попадания конденсата и влаги внутрь корпуса преобразователя расхода и обеспечении стабильности показаний первичного преобразователя в условиях постоянно меняющихся значений температуры воды и окружающей среды, а также давления в трубопроводах водоснабжения и отопления.
Поставленная техническая задача достигается тем, что на фланцы с прессовой посадкой по внутреннему диаметру устанавливают заземляющие кольца из нержавеющей стали, имеющие на наружном диаметре прямой и конусный участки, с кольцевыми выступами на конусном участке, электродное уплотнение обеспечено коническими выступами на внутренних поверхностях головки электрода и металлической шайбы, диаметр которой больше диаметра головки электрода, при этом электрод с натягом установлен в отверстие измерительной трубы, наконечники выполнены со сквозным отверстием по высоте из диэлектрического и термостойкого материала, кроме того, через отверстие в стойке клеммной коробки внутренний объем корпуса, включая магнитную систему и узлы уплотнения, заполнен термостойким пенополиуретаном до уровня клеммной коробки.
Конструкция предлагаемого электромагнитного преобразователя расхода для измерения количества воды и теплоносителя в трубопроводах водоснабжения и отопления поясняется чертежами. На фиг.1 показано продольное сечение преобразователя расхода, на фиг.2 показано сечение заземляющего кольца, на фиг.3 показано поперечное сечение изделия, на фиг.4 показано сечение электродного узла.
Электромагнитный преобразователь расхода, фиг.1, состоит из неметаллической измерительной трубы 14, например из фторопласта, полиэтилена, полипропилена и пр., и корпуса 6. Измерительная труба 14 крепится к корпусу 6 посредством фланцев 16 и заземляющих колец 8, фиг.2. Заземляющие кольца 8 обеспечивают электрическую связь потенциала измеряемой жидкости с корпусом 6. К корпусу 6, к примеру, посредством сварки либо на винтах установлена стойка 12, на которой крепится клеммная коробка 5. На наружном диаметре измерительной трубы 14 установлена магнитная система, состоящая из двух катушек индуктивности 9. Расположение магнитной системы относительно корпуса изделия фиксируется винтом 21 в отверстие наконечника 13, фиг.3. В поперечном сечении измерительной трубы установлены два электрода 15 из немагнитной стали. Герметичность электродных узлов обеспечивается коническими выступами на внутренних поверхностях головки электродов 15 и шайб 18, фиг.4. Материал измерительной трубы 14 обжимается между коническими выступами на внутренней поверхности головки электрода 15, шайбы 18 и осью электрода 15 посредством гайки 20 и тарельчатых шайб 19, фиг.4. Чтобы исключить возможный прорыв материала измерительной трубы 14 коническими выступами электрода 15 и шайбы 18, наружный диаметр шайбы 18 выполняется больше наружного диаметра головки электрода 15, фиг.4. Провода 11 от катушек 9 и электродов 15 через отверстие в наконечнике 13 и стойку 12 выводятся в клеммную коробку 5 и распаиваются на печатной плате 3. Через отверстие в стойке 12 клеммной коробки 5 внутренний объем корпуса 6 заполняется термостойким пенополиуретаном, который при полимеризации равномерно заполняет весь объем до места выхода проводов 11 в клеммную коробку 5, при этом для исключения возможного заполнения пеной полости клеммной коробки 5 в верхней части стойки 12 устанавливается заглушка 4. Внешняя связь электромагнитного преобразователя расхода осуществляется специальным кабелем через соединители 2, установленные на печатной плате 3, и кабельные вводы 17, фиг.2, установленные на клеммной коробке 5. Клеммная коробка 5 закрывается герметично крышкой 1, винт 10 служит для опломбирования изделия. В составе электромагнитного расходомера или теплосчетчика преобразователь расхода устанавливается на трубопровод водоснабжения либо отопления.
Электромагнитный преобразователь расхода работает следующим образом.
К катушкам 9 по проводам 11 подается напряжение питания, возбуждающее магнитное поле, которое пронизывает сечение измерительной трубы 14. При движении электропроводной жидкости по каналу измерительной трубы в магнитном поле наводится электродвижущая сила, значение которой с электродов 15 по проводам 11 передается в измерительную часть схемы. Величина электродвижущей силы пропорциональна скорости потока жидкости и, соответственно, ее объемному расходу. Равномерность распределения магнитного поля по сечению канала измерительной трубы достигается за счет неметаллических наконечников 13 и привязки магнитной системы к корпусу 6 изделия посредством совмещения фиксирующего винта 21 с отверстием в наконечнике 13, фиг.3. Допустимый уровень помехоустойчивости преобразователя расхода обеспечивается заземляющими кольцами 8, фиг.2, электрически соединяющими потенциал протекающей жидкости с корпусом изделия. Герметичность изделия достигается посредством фланцевого и электродного уплотнений. Фланцевое уплотнение выполняют конусные кольца 8 из нержавеющей стали, которые устанавливаются с прессовой посадкой по внутреннему диаметру фланцев 7 и своей конусной частью с кольцевыми выступами на наружном диаметре прижимают торцы измерительной трубы 14 к фланцам 7. Электродное уплотнение обеспечивают кольцевые конические выступы на внутренних поверхностях головки электрода 15 и металлической шайбы 18, фиг.4. Диаметр шайбы больше диаметра головки электрода, при этом электрод с натягом установлен в отверстие измерительной трубы 14. Жесткость геометрии проточного канала и защиту внутреннего объема корпуса преобразователя расхода от попадания влаги и конденсата обеспечивают заливкой через отверстие в стойке 12, фиг.1, термостойким пенополиуретаном. Пенополиуретан полностью совместим с материалом катушек 9 и проводов 11, обладает высокой адгезией к внутренним поверхностям корпуса 6 и полимеризуется при нормальных условиях.
Заявляемое устройство электромагнитного преобразователя расхода с заливкой внутреннего объема корпуса термостойким пенополиуретаном, заземляющими кольцами и электродным уплотнением посредством конических выступов на головке электрода и шайбе, а также наконечниками из диэлектрического термостойкого материала обеспечивает по сравнению с прототипом более высокий уровень надежности и стабильности показаний в течение всего срока эксплуатации.