Способ измерения расхода жидкости и электромагнитный преобразователь для измерения расхода жидкости

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода жидких электропроводящих сред, в частности расхода воды. В предлагаемом способе на результат измерения не влияет изменение температуры окружающей среды. Возбуждают электромагнитное поле в потоке контролируемой жидкости, измеряют наведенную на электродах ЭДС, измеряют значения магнитной индукции возбужденного электромагнитного поля и отношение значений магнитной индукции, измеряемой в процессе работы к измеренному при калибровке. Для реализации предложенного способа предложен электромагнитный преобразователь, который выполнен в виде трубопровода из неэлектропроводного и немагнитного материала, размещенного между полюсами электромагнита, и электродов, установленных в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий, с возможностью контакта с измеряемой жидкостью. Преобразователь снабжен датчиком магнитной индукции, установленным с возможностью магнитной связи с электромагнитным полем. В качестве датчика может быть использован датчик Холла или катушка индуктивности, выполненная в виде дополнительной обмотки на магнитопроводе электромагнита. Технический результат: уменьшение влияния изменения температуры на точность измерения. 2 н. и 4 з.п., 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода жидких электропроводящих сред, в частности расхода воды.

Известными способом измерения расхода жидкости и преобразователем расхода является электромагнитный преобразователь расхода и способ (Л1), в котором измеряется ЭДС, индуцируемая в жидкости, при пересечении ею электромагнитного поля. Для этого в участок трубопровода, изготовленного из немагнитного материала и помещенного между полюсами электромагнита, вводятся электроды в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий электромагнитного поля. Измеренное на электродах значение ЭДС прямо пропорционально объемному расходу контролируемой жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ измерения расхода электропроводящих жидкостей, используемый в “Расходомерах электромагнитных “Взлет ЭР” (Л2). Известный способ реализуется путем возбуждения электромагнитного поля в потоке жидкости, измерении наведенной на электродах ЭДС и формировании информационного сигнала по измеренному значению ЭДС.

Известный способ реализуется с использованием электромагнитного преобразователя расхода (Л2), который является наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков. Известный электромагнитный преобразователь для измерения расхода жидкости выполнен в виде трубопровода из неэлектропроводного и немагнитного материала, размещенного между полюсами электромагнита, и электродов, установленных в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий, с возможностью контакта с измеряемой жидкостью.

В известном способе информационный сигнал формируется следующим образом. Известно (Л1), что текущее значение ЭДС (Е_i ) индукции на электродах определяется по формуле

где В - значение магнитной индукции, d - диаметр трубопровода, ν - средняя скорость потока жидкости.

С учетом формулы для определения ЭДС (Е_i) расход Q определяется следующим образом

Для каждого типоразмера расходомеров определяется калибровочный коэффициент К, равный . Он считается постоянной величиной и определяется при калибровке по эталонному прибору, поэтому при измерении определяется только текущее значение E_i, а информационный сигнал формируется в соответствии с величиной, равной E_i· К. Но в действительности величина магнитной индукции зависит от температуры. Это приводит к тому, что при изменении температуры значение магнитной индукции В также изменяется, но расходомер показывает изменение расхода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа измерения расхода электропроводящих жидкостей, в котором измеренное значение расхода не будет зависеть от изменения индукции, вызванного изменением температуры, и создание электромагнитного преобразователя, с помощью которого можно реализовать предлагаемый способ.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемых способа и преобразователя для измерения расхода жидкости, - уменьшение влияния изменения температуры на точность измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что в предложенном способе измерения расхода электропроводящей жидкости так же, как в известном, возбуждают электромагнитное поле в потоке контролируемой жидкости, измеряют наведенную на электродах ЭДС и формируют информационный сигнал по измеренной ЭДС. В отличие от известного в предлагаемом способе дополнительно измеряют значения магнитной индукции возбужденного электромагнитного поля и отношение значений магнитной индукции, измеряемой в процессе работы к измеренному при калибровке, а информационный сигнал формируют на основе величины, равной , где К - калибровочный коэффициент, B_k - значение магнитной индукции, измеренной при калибровке, В_i - текущее значение магнитной индукции.

Также сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости так же, как и известный, выполнен в виде трубопровода из неэлектропроводного и немагнитного материала, размещенного между полюсами электромагнита, и электродов, установленных в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий с возможностью контакта с измеряемой жидкостью. В отличие от известного в предлагаемом преобразователе дополнительно установлен датчик магнитной индукции с возможностью магнитной связи с электромагнитным полем.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы изобретения, характеризует электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости, в котором в качестве датчика магнитной индукции использован датчик Холла.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 4 формулы изобретения, характеризует электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости, в котором датчик Холла установлен в зазоре магнитопровода электромагнита.

Установка датчика Холла в зазоре магнитопровода электромагнита обеспечивает наиболее точное измерение магнитной индукции.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 5 формулы изобретения, характеризует электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости, в котором в качестве датчика магнитной индукции использована катушка индуктивности.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 6 формулы изобретения, характеризует электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости, в котором катушка индуктивности размещена на магнитопроводе электромагнита.

Такое расположение катушки индуктивности наиболее оптимально, так как обеспечивает наиболее точное измерение магнитной индукции.

Использование дополнительной обмотки, размещенной на магнитопроводе электромагнита, являющейся датчиком электромагнитной индукции, дешевле, чем использование датчика Холла.

Изобретение поясняется чертежами, где

фиг.1 - схематическое изображение электромагнитного преобразователя;

фиг.2 - устройство, реализующее способ измерения расхода электропроводящей жидкости.

Электромагнитный преобразователь (фиг 1) для измерения расхода электропроводящей жидкости состоит из участка трубопровода 1, выполненного из немагнитного и непроводящего материала и размещенного между полюсами электромагнита 2. Электроды 3 установлены в трубопроводе 1 так, что они контактируют с измеряемой жидкостью, причем они установлены в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий. В зазоре магнитопровода 4 электромагнита 2 размещен датчик 5 магнитной индукции.

Он может быть установлен в любом месте магнитопровода. На фиг.1. показан вариант размещения датчика Холла в зазоре полюсного наконечника электромагнита. Такое размещение является самым простым конструктивным решением. При таком размещении датчика Холла обеспечивается его максимальная связь с магнитным потоком, а следовательно, возможно точное измерение магнитной индукции.

Устройство (фиг.2), реализующее способ измерения расхода электропроводящей жидкости, состоит из электромагнитного преобразователя и измерительной схемы. В электромагнитном преобразователе в качестве датчика 5 магнитной индукции использована катушка индуктивности, установленная на магнитопроводе 4, а именно на сердечнике электромагнита 2. Обмотки электромагнита 2, катушки 5 индуктивности и электроды 3 соединены с измерительной схемой, которая состоит из усилителя 6, вход которого соединен с электродами 3, а выход через коммутатор 7, АЦП 8, блок управления (БУ) 9 соединен с входом вычислителя 10. Концы катушки индуктивности 5 соединены с входом интегратора 11, выход которого соединен через коммутатор 7, АЦП 8, БУ 9, через ОЗУ 12 и напрямую с входом вычислителя 10. Обмотки электромагнита соединены с формирователем 13 тока возбуждения Выходы БУ 9 также соединены со вторыми входами интегратора 11, АЦП 8, третьим входом коммутатора 7 и первым входом формирователя 13 тока возбуждения. В блоке управления предусмотрен также выход информационного сигнала. Выходы вычислителя соединены со вторыми входам БУ 9 и ОЗУ 12.

Предлагаемый способ измерения расхода жидкости состоит в следующем. Измеряют ЭДС (E_i), индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля, созданного электромагнитом 2, т.е. измеряется разность потенциалов на электродах 3. Сигнал с электродов 3 поступает через усилитель 6, коммутатор 7, АЦП 8, блок управления (БУ) 9 на вход вычислителя 10. Одновременно измеряется текущее значение магнитной индукции В_i. Для этого снимается напряжение на концах обмотки катушки индуктивности, которое поступает на интегратор, где преобразуется в сигнал, соответствующий значению магнитной индукции. Как известно, форма сигнала магнитной индукции повторяет форму тока в обмотках электромагнита 2, поэтому программа блока управления обеспечивает форму тока такой, чтобы аналоговый сигнал магнитной индукции был прост для преобразования его в цифровой. Сигнал с выхода интегратора 11 поступает на вычислитель 10 через коммутатор 7, АЦП 8, БУ 9. Программа БУ 9 обеспечивает требуемую частоту измерения значения В_i. Его можно измерять непрерывно, можно измерять через определенные промежутки времени, например 1 раз в 5 секунд. Предварительно при калибровке измеряется значение магнитной индукции В_k. Для этого сигнал с обмотки катушки индуктивности поступает через интегратор 11, коммутатор 7, АЦП 8, блок управления 9 в ОЗУ 12. При поступлении в вычислитель 10 значения В_i туда же поступает значение В_k определяется отношение, равное . Также в вычислителе формируется сигнал, равный, значению расхода жидкости, равный величине . При температуре, равной температуре, при которой производилась калибровка, значения В_i и B_k равны и их отношение равно 1. В этом случае информационный сигнал формируется на основе величины, определяемой как обычно и равной E_i · К, где К - калибровочный коэффициент, установленный при калибровке по эталонному расходомеру При изменении температуры меняется значение В_i и, как следует из формулы (1), меняется значение Е_i, хотя изменение расхода жидкости не произошло. В этом случае поправка, которую вносит отношение , компенсирует изменение E_i, вызванное изменением температуры. Вычисленное значение расхода преобразуется в информационный сигнал, например в последовательность импульсов, с частотой, пропорциональной расходу, или в ток, также пропорциональный расходу.

Литература

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989, с.408-409.

2. Расходомер электромагнитный “Взлет ЭР” Руководство по эксплуатации СПб, 2002.

Формула изобретения

1. Способ измерения расхода электропроводной жидкости путем возбуждения электромагнитного поля в потоке контролируемой жидкости, измерения наведенной на системе электродов ЭДС и формирования информационного сигнала по измеренной величине ЭДС, отличающийся тем, что дополнительно измеряют значения магнитной индукции возбужденного электромагнитного поля и отношение значений магнитной индукции, измеряемой в процессе работы к измеренному при калибровке, а информационный сигнал формируют на основе величины, равной

,

где К - калибровочный коэффициент;

B_k - значение магнитной индукции, измеренной при калибровке;

B_i - текущее значение магнитной индукции;

Е_i - ЭДС, наведенная на электродах.

2. Электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости, выполненный в виде трубопровода из неэлектропроводного и немагнитного материала, размещенного между полюсами электромагнита, и электродов, установленных в направлении, перпендикулярном направлению силовых линий, с возможностью контакта с измеряемой жидкостью, отличающийся тем, что дополнительно установлен датчик магнитной индукции с возможностью измерения значений магнитной индукции (В_к ) для компенсации изменения ЭДС (Е_i), возникающей при измерении температуры, с помощью поправки В_к/В _i, где B_i - текущее значение магнитной индукции, B_к - значение магнитной индукции, измеренной при калибровке, Е_i - ЭДС, наведенная на электродах.

3. Электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости по п.2, отличающийся тем, что в качестве датчика магнитной индукции использован датчик Холла.

4. Электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости по п.3, отличающийся тем, что датчик Холла установлен в зазоре магнитопровода электромагнита.

5. Электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости по п.2, отличающийся тем, что в качестве датчика магнитной индукции использована катушка индуктивности.

6. Электромагнитный преобразователь для измерения расхода электропроводящей жидкости по п.5, отличающийся тем, что катушка индуктивности размещена на сердечнике электромагнита.

РИСУНКИ