Вихревой электромагнитный расходомер

 

Использование: измерение расхода жидкометаллических теплоносителей. Сущность изобретения: на наружной поверхности трубопровода из немагнитного материала размещен двухполюсный магнит. Ось магнита расположена в плоскости, проходящей через ось трубопровода перпендикулярно оси тела обтекания в виде вихреобразующего стержня, и параллельна оси трубопровода. Между полюсами магнита перпендикулярно поверхности трубопровода установлена индукционная катушка, подключенная к блоку обработки сигнала.1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидких металлов, и может быть использовано, например, для измерения расхода и количества жидкометаллических теплоносителей в ядерных энергетических установках.

Известен электромагнитный вихревой расходомер, включающий в себя тело обтекания, установленное по диаметру трубопровода, генерирующее вихри Кармана, и размещенный за телом обтекания электромагнитный преобразователь, выполненный по классической схеме электромагнитного расходомера магнитная система или обмотка с током, создающая постоянное магнитное поле в трубе с силовыми линиями, перпендикулярными направлению потока, и два электрода, установленные на внутренней поверхности неэлектропроводной стенки трубы на концах диаметра, перпендикулярного направлению силовых линий магнитного поля [1] При измерении расхода жидкого металла электроды устанавливаются на наружной поверхности металлической стенки трубы.

Недостатком описанного устройства является низкая чувствительность, что обусловлено неоптимальным взаимным расположением элементов устройства, и высокая материалоемкость магнитной системы, охватывающей трубопровод.

Известен электромагнитный вихревой расходомер, содержащий трубопровод из немагнитного материала, с телом обтекания в виде вихреобразующего стержня, ось которого перпендикулярна оси трубопровода, двухполюсный магнит, полюса которого охватывают трубопровод и ориентированы вдоль оси, перпендикулярной осям трубопровода и тела обтекания, и чувствительный элемент в виде индукционной катушки, установленной коаксиально на трубопроводе в зоне расположения полюсов магнита, подключаемой к блоку обработки сигналов [2] Выходным сигналом при работе устройства является импульсный ток в индукционной катушке, частота которого пропорциональна частоте вихреобразования на теле обтекания и, соответственно, расходу жидкости.

Недостатком прототипа является сложность и относительно большая материалоемкость индукционного, электромагнитного датчика, требующего охвата трубопровода. Затруднительными также являются ремонт или замена индукционной катушки, например, при нарушении изоляции обмоточного провода.

Целью данного изобретения является упрощение и снижение материалоемкости устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревом электромагнитном расходомере, содержащем трубопровод из немагнитного материала, с телом обтекания в виде вихреобразующего стержня, ось которого перпендикулярна оси трубопровода, двухполюсный магнит, создающий магнитное поле внутри трубы, и чувствительный элемент в виде индукционной катушки, подключенной к блоку обработки сигналов, полюса магнита размещены последовательно вдоль линии пересечения наружной поверхности трубы с плоскостью, проходящей через продольную ось трубы перпендикулярно оси тела обтекания, а индукционная катушка размещена между полюсами магната и ее ось направлена перпендикулярно поверхности трубопровода.

Предлагаемое устройство в отличие, от прототипа обладает более удобным взаимным расположением элементов и большей компактностью магнитной системы и индукционной катушки, поскольку не требует охвата трубопровода. Материалоемкость его значительно меньше, особенно при реализации устройства для трубопроводов большого диаметра, так как имеет место кубическая зависимость массы индукционного преобразователя от значений диаметра. Существенно более простыми являются также ремонт либо замена устройства, поскольку обеспечивается быстрый съем магнитной системы и индукционной катушки с трубопровода.

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным, образом из уровня техники, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

На чертеже изображена схема электромагнитного вихревого расходомера.

Вихревой электромагнитный расходомер включает в себя участок трубопровода из немагнитного материала 1, тело обтекания 2, продольная ось которого перпендикулярна оси трубопровода, двухполюсной магнит, полюса 3 и 4 которого размещены последовательно вдоль линии пересечения наружной поверхности трубы с плоскостью, проходящей через продольную ось трубы перпендикулярно оси тела обтекания, и индукционную катушку 5 с ферромагнитным сердечником, размещенную между полюсами магнита. Ось индукционной катушки перпендикулярна поверхности трубопровода. Обмотка катушки 5 подключена к блоку обработки сигналов 6.

Вихревой расходомер работает следующим образом. Генерируемые телом обтекания 2 вихри, сходящие поочередно с одной и другой стороны стержня, образуют двойную вихревую дорожку Кармана с вектором завихренности, параллельным продольной оси тело обтекания. При прохождении вихря в области приложения магнитного поля, направленного преимущественно вдоль оси трубопровода, в области вихря Возникает замкнутый электрический ток и, соответственно,вторичное магнитное поле, вектор индукции которого направлен по оси индукционной катушки. В результате в катушке индуцируется импульсный ток, частота которого пропорциональна частоте следования вихрей и, соответственно, расходу жидкости. Сигнал с индукционной катушки поступает в блок обработки 6, где по измеряемому значению частоты определяют скорость потока и расход, а по суммарному количеству периодов частоты за фиксированный промежуток времени определяют количество протекшей жидкости.

Оценим геометрические размеры индукционного преобразователя, исходя из известных соотношений теории вихревых расходомеров [1] Выходная частота сигнала, диаметр трубопровода D и скорость потока V связаны соотношением где Sh число Струхаля безразмерная константа, зависящая, в основном, от соотношения диаметров тела обтекания d и трубопровода D Из этого соотношения может быть определен период вихревой дорожки Кармана . Для соотношений d/D (0,25-0,3), используемых на практике, число Струхаля составляет Sh (0,9-1,0). Таким образом, из условия обеспечения охвата магнитным полем области одиночного вихря расстояние между полюсами 3 и 4 магнита должно составлять порядка то есть порядка половины диаметра трубопровода.

Формула изобретения

Вихревой электромагнитный расходомер, содержащий трубопровод из немагнитного материала с телом обтекания в виде вихреобразующего стержня, ось которого перпендикулярна к оси трубопровода, размещенный на наружной поверхности трубопровода двухполюсный магнит и чувствительный элемент в виде индукционной катушки, подключенной к блоку обработки сигнала, отличающийся тем, что ось полюсов магнита расположена в плоскости, проходящей через ось трубопровода перпендикулярно к оси тела обтекания, и параллельна оси трубопровода, а индукционная катушка размещена между полюсами магнита перпендикулярно к поверхности трубопровода.