ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР
ELECTROMAGNETIC FLOW METER

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к тепло- и расходометрии и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах.
Известен электромагнитный преобразователь расхода, содержащий трубу, магнитную систему и утопленные в стенку трубы электроды; с целью уменьшения дрейфа нуля, электроды окружены магнитными экранами, SU 606103.
Это устройство не обеспечивает требуемую точность измерений, поскольку магнитные экраны в недостаточной степени уменьшают магнитную индукцию в зоне электродов и, соответственно, дрейф нуля.
Большую точность измерений обеспечивает электромагнитный преобразователь расхода, содержащий корпус, клеммную коробку, керамическую измерительную трубу с фланцами по ее концам, на наружной поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из двух катушек возбуждения магнитного поля, в поперечном сечении измерительной трубы по диаметру выполнены два встречных отверстия, в которых установлены два электрода, при этом электрические провода от катушек возбуждения и электродов выведены в клеммную коробку, RU 2349880 С2.
Использованная в данном устройстве керамическая труба является неэлектропроводным и химически стойким элементом, однако ее механическая прочность весьма невелика из-за хрупкости керамики, что часто приводит к ее повреждению и выходу устройства из строя; кроме того, следует отметить, что в процессе эксплуатации на внутренней поверхности керамической трубы откладываются осадки в виде солей, содержащихся в протекающей жидкости; в результате этого уменьшается проходное сечение измерительной трубы и тем самым создается погрешность в измерениях.
Известен электромагнитный расходомер, содержащий корпус, клеммную коробку, измерительную трубу с фланцами на ее концах, на наружной поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из двух катушек возбуждения магнитного поля с магнитными сердечниками, в поперечном сечении измерительной трубы по диаметру выполнены два встречных отверстия, в которых установлены два электрода, при этом электрические провода от катушек возбуждения и электродов выведены в клеммную коробку; измерительная труба выполнена из двух слоев, наружного и внутреннего, наружный слой выполнен из немагнитного материала, а внутренний слой - из химически стойкого неэлектропроводного полимерного материала, RU 107859 U1.
Данное техническое решение, принятое в качестве прототипа настоящего изобретения, обеспечивает повышение прочности измерительной трубы и долговечности устройства в целом, а также уменьшение погрешности измерений в ходе эксплуатации устройства.
Однако недостатком этого расходомера является зависимость его показаний от режима течения жидкости в измерительной трубе, в связи с чем необходимо использование дополнительных элементов для стабилизации режима течения жидкости после прохождения криволинейных участков трубопровода, являющихся возмутителями потока. Для устранения турбулентности потока перед расходомером должен находиться прямой отрезок трубопровода необходимой длины. Это ограничивает возможность применения данного устройства или даже делает невозможным его использование в ограниченном пространстве, или в случае трубопроводов с множеством возмутителей потока.
Задачей настоящего изобретения является создание электромагнитного расходомера, показания которого не зависят от режима течения жидкости в измерительной трубе.
Согласно изобретению в электромагнитном расходомере, содержащем корпус, клеммную коробку, измерительную трубу, на наружной поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из двух катушек возбуждения магнитного поля с сердечниками, в поперечном сечении измерительной трубы по диаметру выполнены два встречных отверстия, в которых установлены два электрода, при этом электрические провода от катушек возбуждения магнитного поля и электродов выведены в клеммную коробку, измерительная труба состоит из пяти участков: среднего, двух промежуточных и двух крайних, при этом средний участок измерительной трубы имеет плоские внутренние поверхности в местах установки сердечников катушек возбуждения магнитного поля и цилиндрические внутренние боковые поверхности, промежуточные участки измерительной трубы расширяются в стороны от ее среднего участка и плавно переходят в крайние участки, имеющие цилиндрическую форму; сердечники катушек возбуждения магнитного поля имеют поперечное сечение прямоугольной или Т-образной формы.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».
В прототипе (круглое сечение канала) уровень сигнала в электромагнитном расходомере определяется из соотношения
Е=k·Q,
где
Е - ЭДС на электродах, В;
3
Q - часовой объемный расход воды, м/ч;
k - коэффициент пропорциональности, представляющий собой зависимость вида
где
d - диаметр канала расходомера в плоскости электродов, м;
r - радиус канала расходомера в плоскости электродов, м;
В - магнитная индукция в области плоскости электродов (принимается близкой к постоянной) в Тл;
С(r) - скорость, как функция радиуса, м/с.
В случае настоящего изобретения для канала участка 10 измерительной трубы коэффициент пропорциональности k определяется как
где h - расстояние между плоскими поверхностями 15.
После сокращений:
таким образом, в случае настоящего изобретения коэффициент k не зависит от режима течения жидкости в измерительной трубе расходомера (числа Рейнольдса).
Таким образом, в результате реализации признаков настоящего изобретения достигается важное новое свойство объекта, состоящее в обеспечении независимости показаний расходомера от характеристик течения жидкости в измерительной трубе. Это, по мнению заявителя, подтверждает соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - продольный разрез устройства;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, вариант с сердечниками катушек возбуждения магнитного поля с сечением прямоугольной формы;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, вариант с сердечниками катушек возбуждения магнитного поля с сечением Т-образной формы;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1.
Электромагнитный расходомер содержит корпус 1, выполненный из пластмассы, неметаллическую клеммную коробку 2 и измерительную трубу, на наружной поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из двух катушек 3, 4 возбуждения магнитного поля. Катушки 3, 4 имеют сердечники 5, 6. В поперечном сечении измерительной трубы выполнены два встречных отверстия, в которых установлены два электрода 7, 8. Электрические провода 9 от катушек 3, 4 возбуждения магнитного поля и электродов 7, 8 выведены в клеммную коробку 2. Измерительная труба включает пять участков: средний участок 10, два промежуточных 11, 12 и два крайних - 13, 14. Средний участок измерительной трубы имеет плоские внутренние поверхности 15 в месте установки сердечников 5, 6 катушек 3, 4 возбуждения магнитного поля и цилиндрические внутренние боковые поверхности 16.
Промежуточные участки 11, 12 измерительной трубы расширяются в стороны от ее среднего участка 10 и плавно переходят в крайние участки, соответственно, 13 и 14, которые имеют цилиндрическую форму. Такая форма участков 13, 14 обусловлена необходимостью сопряжения с трубопроводной магистралью.
Сердечники катушек 3, 4 возбуждения магнитного поля могут иметь сечение прямоугольной формы (фиг.1, 2) или Т-образной формы (фиг.3). Плоские катушки 3, 4, сердечники 5, 6 и постоянная высота h канала в области формирования сигнала создают ровное магнитное поле с высоким уровнем индукции, что приводит к значительному уменьшению соотношения шум/сигнал и позволяет соответственно увеличить динамический диапазон измерения расхода.
Устройство работает следующим образом.
Принцип действия устройства основан на явлении индуцирования электродвижущей силы (ЭДС) в движущемся в магнитном поле, создаваемом катушками, проводнике, которым является измеряемая жидкая электропроводящая среда, в частности вода.
Устройство монтируется в трубопровод (не показан) и является в этом случае его участком. Вода, протекающая по трубопроводу, протекает также через измерительную трубу расходомера. ЭДС, индуцируемая в движущейся в измерительной трубе воде, пропорциональна скорости и, соответственно, объемному расходу воды. ЭДС воспринимается электродами 7, 8 и поступает на электронный блок 17 преобразования и обработки сигналов. Питание электрических элементов осуществляется от электрической сети.
0
0
0
0
0
0
0
Длина L участка 10 измерительной трубы составляет от 0,5 до 1,5 от диаметра d участков 13, 14, оптимальное значение L составляет L≈1,25d. Расстояние h между плоскими поверхностями 15 составляет от 0,5 до 0,7 от диаметра d, оптимальное значение h соответствует минимуму потерь в канале и составляет h≈0,6d, длина промежуточных участков L1, на которых осуществляется переход от круглого сечения d к сечению участка 10 измерительной трубы, составляет от 1,0 до 1,5 от диаметра d, оптимальное значение L1 составляет L≈1,25 d.
Для реализации изобретения использованы известные конструкционные материалы и заводское оборудование, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «Промышленная применимость».