ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель 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 электромагнитный расходомер, 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 (пат. РФ №2277699, G01F 1/58, от 10.06.2006 г.). Недостатками конструкции являются ее низкая надежность и нетехнологичность. Ненадежность показаний вызвана в частности тем, что как известно полимеризация заливочного материала, изготовленного с применением полиимидных либо эпоксидных смол происходит при высоких температурах порядка 180-200°С вызывающих размягчение материала уплотнений, прежде всего электродных, что приводит к нарушению герметичности прежде всего электродных узлов и, как следствие, к потере сопротивления изоляции измерительных и питающих цепей.
Наиболее близким решением, прототипом по технической сущности к предлагаемой полезной модели является электромагнитный расходомер содержащий, выполненный из алюминия трубчатый корпус, в котором размещен участок трубопровода, изготовленного из немагнитного материла и покрытого внутри слоем неэлектропроводной изоляции, например, фторопластом. Трубопровод помещен между полюсами электромагнита и снабжен электродами. По разные стороны от электромагнита на трубопровод надеты две установленные параллельно друг другу пластины, соединенные двумя скобами, каждая из которых проходит через соответствующий сердечник, образующие магнитопровод. (пат РФ №2272998, G01F 1/58 от 24.05.2004). К числу недостатков данного решения расходомера следует отнести относительно короткий срок службы, вследствие разрушения изолирующего покрытия, вызванного механическими перегрузками возникающими в изолирующем покрытии из-за гидравлической нагрузки, а также различия тепловых коэффициентов материалов трубы и изолирующего покрытия.
Технической задачей заявленной полезной модели является разработка конструкции обеспечивающей уменьшение механических перегрузок изолирующего слоя без значительного повышения стоимости прибора и усложнения конструкции.
При этом технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью заключается в повышении надежности и срока службы изделия, с сохранением электрических свойств, за счет изменения конструкции изолирующего слоя.
Технический результат достигается в результате использования конструкции электромагнитного расходомера содержащего заключенные в корпус электромагнит и помещенный в поле электромагнита участок трубопровода, изготовленный из немагнитного материала, с изолирующими слоем из неэлектропроводного материала по внутренней стороне, снабженный электродами, размещенными во внутреннем объеме трубопровода и установленными в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита. При этом, в отличие от прототипа изолирующий слой выполнен составным, в виде, по меньшей мере, двух сопряженных изолирующих вставок вдоль внутренней стороны трубопровода, разделенных между собой вдоль смежных сторон зазорами по эквипотенциальной относительно электродов плоскости.
В предпочтительном варианте исполнения электроды размещены во внутреннем объеме трубопровода через изолирующие вставки и фиксированы относительно них, с обеспечением возможности фиксации местоположения изолирующих вставок.
Изолирующие вставки могут быть выполнены из полимерных материалов, а в предпочтительном варианте из конструкционных пластиков.
В известных решениях электромагнитных расходомеров, в том числе известного из прототипа, из-за различных коэффициентов температурного расширения материалов трубопровода и изолирующего слоя, выполненного виде покрытия, при температурных и/или гидравлических перегрузках возникают значительные механические перегрузки изолирующего материала. Большие внутренние напряжения, вызванные перегрузками в материале изолирующего слоя, механически связанного с трубопроводом, вследствие различия физических свойств материалов, приводят к его усталостному разрушению.
В заявляемой полезной модели изолирующий слой выполнен виде двух свободно перемещающихся относительно друг друга вставок, разделенных между собой по эквипотенциальной относительно электродов плоскости зазором. При этом, зазоры, образованные в местах сопряжения изолирующих вставок разрывают линии напряжения под воздействием, например, температурных или других перегрузок, не вызывая накопления усталости материала изолирующих вставок, которое могло бы произойти при выполнении изолирующего слоя в виде сплошного покрытия или вставки.
Выполнение разделения изолирующего слоя на две изолирующие вставки по эквипотенциальной относительно электродов плоскости позволяет нейтрализовать влияние конструкции на электрические параметры измерительной цепи в силу отсутствия в данном положении разности потенциалов между измеряемой средой и трубопроводом, сохраняя тем самым электрические свойства расходомера без изменения
В случае выполнения поперечного сечения внутреннего канала трубопровода симметричной конфигурации, электрически эквипотенциальная поверхность совпадает с плоскостью симметрии, равноудаленной от электродов.
Сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется Фигурой, на которой представлено поперечное сечение электромагнитного расходомера. Данное решение описывает частную реализацию устройства в соответствии с полезной моделью и не является исчерпывающим описанием возможных реализаций устройства согласно полезной модели.
Электромагнитный расходомер согласно заявленной полезной модели выполнен в виде заключенных, например, в алюминиевый корпус (на Фигуре не показан) электромагнита 6 и помещенного в магнитное поле участка трубопровода 1, выполненного из металлического немагнитного материла, например, немагнитной нержавеющей стали, длиной порядка 20 см и сечением от 4 до 150 мм. С внутренней стороны в трубопровод 1 помещены тонкие, толщиной порядка 3-5 мм, изолирующие вставки 2 и 3, с образованием канала трубопровода, разделенные зазорами 4 вдоль смежных сторон, составляющими менее 0,5 мм и выполненным по эквипотенциальной относительно электродов 5 поверхности. Изолирующие вставки 2, 3, в частности, могут быть выполнены из конструкционных пластиков, например, полифениленсульфида (ПФС, PPS, фортрон) или полифениленсульфона (PPSU) и расположены по внутреннему контуру сечения трубопровода, вдоль внутренней стороны, с образованием поверхности внутреннего изолирующего слоя и обеспечением возможности беспрепятственного протока измеряемой среды во внутреннем объеме трубопровода. Трубопровод 1 размещен между полюсами 7 электромагнита 6. А электроды 5, предназначенные для съема ЭДС сигнала, пропорциональной расходу (скорости) измеряемой среды и соединенные с измерительным преобразователем (на Фигуре не показан), введены во внутренний объем трубопровода 1 через изолирующие вставки 2, 3 и выполнены в плоскости перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита 6, создающего переменное магнитное поле в измеряемой среде. При этом электроды 5 зафиксированы на изолирующих вставках 2, 3 с обеспечением возможности фиксации положения вставок на внутренней поверхности трубопровода.
В качестве электромагнита 6 применимы любые известные в данной области техники устройства, создающие переменное магнитное поел в измеряемой среде и обеспечивающие требуемые расчетные характеристики расходомера.
Принцип работы расходомера основан на явлении индуцирования ЭДС в движущемся в магнитном поле проводнике - измеряемой среде.
Значение индуцируемой ЭДС, пропорциональное скорости (расходу) измеряемой среды, воспринимается электродами и подается на измерительный преобразователь, который преобразует сигнал ЭДС в сигналы, пропорциональные расходу и объему, зависящие от диаметра трубы и скорости потока. Таким образом, качество измерений напрямую зависит от электрических свойств.
Вызываемые в процессе эксплуатации температурные и гидравлические перегрузки, вследствие различных коэффициентов температурного расширения материалов используемых в конструкции трубопровода и изолирующего покрытия, в заявленной конструкции расходомера оказывают соответствующие растягивающие или сжимающие усилия на материал изолирующих вставок. В качестве результирующего влияние данных неблагоприятных воздействий изолирующие вставки осуществляют соответствующее воздействию расширение или сжатие в пределах 0.1-0.2 мм в направлении зазора между ними, что не приводит к разрушению покрытия, нарушению конфигурации силовых линий поля и изменению электрических свойств электромагнитного расходомера.
Таким образом, заявляемое устройство электромагнитного расходомера обеспечивает повышение надежности устройства и его срока службы, без усложнения конструкции изделия и изменения его электрических свойств, виляющих на точность и чувствительность измерений.