Безэлектродный электромагнитный расходомер

Авторы патента:

Кузнецов Сергей Иванович (RU)

Михайлова Юлия Владимировна (RU)

Терехина Надежда Викторовна (RU)

Вельт Иван Дмитриевич (RU)

G01F1/58 - электромагнитными измерителями скорости потока

Владельцы патента RU 2520165:

Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" (RU)

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода жидкого металла с помощью безэлектродных электромагнитных расходомеров. Безэлектродный электромагнитный расходомер, состоит из трубы, трех индукционных катушек и магнитопровода. Индукционные катушки выполнены в виде плоских многослойных печатных плат, магнитопровод представляет собой плоскую пластину, причем катушки и магнитопровод расположены на внешней поверхности трубы, образуя три параллельных слоя, из которых первый слой, расположенный непосредственно на трубе, занимают две катушки, торцами плат соприкасающиеся друг с другом по линии центрального периметра трубы, а второй и третий слои образуют, соответственно, третья катушка и магнитопровод, расположенные симметрично относительно центрального периметра трубы. Технический результат - повышение точности измерения расхода и упрощение изготовления расходомера. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода жидкого металла с помощью безэлектродных электромагнитных расходомеров.

Известно несколько конструкций безэлектродных электромагнитных расходомеров, принцип действия которых основан на измерении вторичного магнитного поля, возникающего в потоке жидкого металла, протекающего по трубопроводу в магнитном поле [1]. Большинство конструкций расходомеров имеют следующие основные элементы: трубу, выполненную из немагнитной стали, индукционную катушку возбуждения переменного магнитного поля в канале трубы, измерительную индукционную катушку, воспринимающую вторичное магнитное поле, образованное в результате движения жидкого металла по трубе, и магнитопровода, предназначенного для формирования магнитного поля.

Недостатком известных расходомеров является необходимость выполнять все элементы конструкции прибора и его сборку с прецизионной точностью. В этом случае измерительные индукционные катушки воспринимают только вторичное магнитное поле, т.е. поле, несущее информацию о скорости движения жидкого металла, и нечувствительны к магнитному полю возбуждения, сигнал от которого рассматривается как паразитный.

Известен безэлектродный электромагнитный расходомер, конструкция которого имеет трубу, выполненную из немагнитной стали, три индукционные катушки и цилиндрический магнитопровод [2]. Все катушки нанизаны на трубу, причем к средней катушке, предназначенной для возбуждения магнитного поля в канале трубы, подводится переменный ток низкой частоты, а две одинаковые крайние катушки, измерительные, служат для измерения вторичного магнитного поля, пропорционального скорости жидкого металла, протекающего по трубе. К измерительным катушкам подключено измерительное устройство, а сами измерительные катушки между собой включены последовательно и навстречу друг другу. Этот расходомер является наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатком расходомера [2] является сложность изготовления с необходимой точностью.

Целью изобретения является создание безэлектродного электромагнитного расходомера менее сложной конструкции.

Эта цель достигается тем, что индукционные катушки выполнены в виде плоских многослойных печатных плат. Магнитопровод представляет собой плоскую пластину. Катушки и магнитопровод расположены на внешней поверхности трубы, образуя три параллельных слоя. Первый слой, расположенный непосредственно на трубе, занимают две катушки, торцами плат соприкасающиеся друг с другом по линии центрального периметра трубы, а второй и третий слои образуют, соответственно, третья катушка и магнитопровод, расположенные симметрично относительно центрального периметра трубы. Поскольку индукционные катушки выполняются в виде плоских многослойных печатных плат, они могут изготовляться автоматизированным способом с прецизионной точностью и могут многократно тиражироваться с низкой стоимостью.

Сущность изобретения поясняется с помощью фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый расходомер. Он состоит из трубы 1, выполненной из немагнитной стали, на внешней поверхности трубы 1 расположены три индукционные катушки 2, 3 и 4, выполненные в виде плоских печатных плат, и магнитопровод 5. Катушки и магнитопровод расположены послойно, две индукционные катушки 2 и 3 образуют первый слой, непосредственно примыкающий к внешней поверхности трубы, причем катушка 2 и катушка 3 смыкаются торцами плат друг с другом по линии центрального периметра 6 трубы.

Возможен другой вариант размещения индукционных катушек на трубе 1. Катушка 4 образует первый слой, а катушки 2 и 3 второй слой.

Возможен еще один вариант размещения индукционных катушек на трубе 1, при котором все три катушки конструктивно выполнены в виде одной общей многослойной платы, внутри которой индукционные катушки размещены по любому из рассмотренных выше вариантов.

По работоспособности рассматриваемые варианты размещения катушек равноценны.

Магнитопровод выполняется в виде пластины толщиной не менее 5 мм из ферромагнитного материала и предназначен для усиления рабочего поля возбуждения и для устранения полей рассеяния на периферии от прибора.

На фиг.2 приведена схема подключения индукционных катушек к источнику переменного тока и к измерительному устройству. Индукционные катушки 2 и 3, соединены между собой последовательно и навстречу друг другу, т.к. намотка витков обоих катушек выполнена в одинаковом направлении. Индукционная катушка 4 подключена к источнику переменного тока 1, а индукционные катушки 2 и 3 подключены к измерительному устройству 5. Магнитопровод 6 индуктивно связывает между собой все индукционные катушки.

Возможен другой вариант схемы соединений: индукционные катушки 2 и 3 подключены к источнику переменного тока 1, а индукционная катушка 4 подключена к измерительному устройству 5.

По работоспособности оба варианта схем соединения индукционных катушек к источнику переменного тока и измерительному устройству равноценны.

Работу расходомера поясняет фиг.3. На фиг.3 изображена труба расходомера в разрезе по плоскости, проходящей через ось канала параллельно плоскостям плат индукционных катушек. В рассматриваемый момент времени направление магнитного поля, возникающего в канале трубы и созданного источником тока, обозначено крестиками и точками. Крестик характеризует направление силовой линии магнитного поля, проникающей внутрь рисунка, а точка характеризует направление силовой линии магнитного поля выходящей из рисунка.

При движении жидкого металла происходит его взаимодействие с магнитным полем. В жидком металле возникает электрическое поле, пропорциональное скорости металла и напряженности магнитного поля, причем электрическое поле ортогонально как направлению движения жидкого металла, так и силовым линиям магнитного поля. Благодаря электрическому полю возникают контуры циркуляционных токов в плоскостях в жидком металле, параллельных плоскостям витков индукционных катушек.

Циркуляционные токи образуют вторичное магнитное поле в канале, напряженность которого пропорциональна измеряемой скорости потока жидкого металла.

Контуры циркуляционных токов на рис.3 обозначены стрелками. За счет потокосцепления с вторичным магнитным полем, образованным циркуляционными токами, в индукционных катушках 2 и 3 наводится электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС пропорциональна скорости потока жидкого металла и магнитному полю, возбуждаемому источником тока.

В индукционных катушках 2 и 3 возникают ЭДС противоположной полярности, поскольку контуры токов и образованные ими вторичные магнитные поля в жидком металле имеют противоположные направления. Благодаря тому, что индукционные катушки 2 и 3 подключены к измерительному устройству последовательно и навстречу друг другу, их ЭДС суммируются. Каждая из индукционных катушек 2 и 3 воспринимает и магнитное поле, возбуждаемое катушкой 4. Благодаря строгой симметрии расположения катушек, обеспечиваемой технологией изготовления печатных плат, практически полностью взаимно компенсируются паразитные сигналы, возникающие в катушках 2 и 3 от магнитного поля возбуждения, создаваемого катушкой 4.

Таким образом, использование предложенного решения позволяет упростить изготовление расходомера за счет применения конструкций индукционных катушек в виде многослойных печатных плат и повысить точность измерения расхода.

Источники информации

1. Циркунов В.Э., Жеймур Б.Д., Сермонс Г.Я. и др. «Бесконтактный контроль потока жидких металлов». Рига: Зинатне, 1973, 252 с.

2. «Индукционный расходомер», авторское свидетельство СССР, №104745, класс 42е, 23₀₅.

1. Безэлектродный электромагнитный расходомер, состоящий из трубы, трех индукционных катушек и магнитопровода, отличающийся тем, что индукционные катушки выполнены в виде плоских многослойных печатных плат, магнитопровод представляет собой плоскую пластину, причем катушки и магнитопровод расположены на внешней поверхности трубы, образуя три параллельных слоя, из которых первый слой, расположенный непосредственно на трубе, занимают две катушки, торцами плат соприкасающиеся друг с другом по линии центрального периметра трубы, а второй и третий слои образуют, соответственно, третья катушка и магнитопровод, расположенные симметрично относительно центрального периметра трубы.

2. Безэлектродный электромагнитный расходомер по п.1, отличающийся тем, что три индукционные катушки выполнены в виде одной плоской многослойной печатной платы.

Электромагнитный способ измерения расхода электропроводной жидкости, протекающей в магнитном поле через немагнитную трубу, в которой установлены два электрода, магнитное поле создается с помощью электромагнита, имеющего индукционную катушку, через которую пропускается электрический ток, причем расход жидкости определяется в результате измерения тока, протекающего через индукционную катушку, и разности потенциалов между электродами, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение на клеммах индукционной катушки, а величину расхода вычисляют по формуле Q = k U I [ 1 − λ ρ k ( U k I − R k ) ] где Q - расход измеряемой среды, k - градуировочный коэффициент, U - разность потенциалов между электродами, I - ток, протекающий через индукционную катушку, Uk - напряжение на клеммах индукционной катушки, Rk - электрическое сопротивление индукционной катушки при градуировочной температуре измеряемой среды, λ - температурная погрешность расходомера [1/°С], ρk - изменение электрического сопротивления индукционной катушки при изменении температуры измеряемой среды на градус Цельсия.

Способ измерения расхода многофазного потока и устройство для его осуществления // 2517764

Способ измерения расхода многофазного потока основан на том, что в поток транспортируемой среды движителем вносят дозированное количество механической энергии, компенсирующее потери энергии потока на участке измерения, при этом поступательная, вращательная или любая другая скорость движителя, синхронизированная с объемным расходом транспортируемой среды, является первичным сигналом при измерении расхода.

Электромагнитный расходомер жидких металлов // 2516190

Электромагнитный расходомер // 2504736

Электромагнитный расходомер // 2502958

Электромагнитный расходомер имеет трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, магнитопровод с полюсными наконечниками и кожух, внутри которого располагаются индукционная катушка и клеммная колодка.

Электромагнитный расходомер жидких металлов // 2502053

Электромагнитный расходомер жидких металлов имеет трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, приваренные к внешней поверхности трубы, магнитопровод С-образной формы с двумя полюсными наконечниками и индукционную катушку.

Магнитно-индуктивный расходомер // 2499228

Магнитно-индуктивный расходомер с устойчивым против давления корпусом из полимерного материала, содержащий измерительный блок, который имеет протекаемый измеряемой текучей средой измерительный канал (31) с прямоугольным поперечным сечением, стенку (32) канала, два противолежащих магнитных полюса (10) на стенке (32) канала, электромагнит с катушкой (26) возбуждения и магнитным сердечником (27) для создания магнитного переменного поля и два противолежащих измерительных электрода (34) в стенке (32) канала.

Магнитно-индуктивный расходомер // 2499227

Магнитно-индуктивный расходомер с устойчивым против давления корпусом из полимерного материала, содержащий входной патрубок (10), выходной патрубок (20) и расположенный между ними измерительный блок (30).

Электромагнитный расходомер жидкости // 2494349

Изобретение предназначено для измерения расхода электропроводящей жидкости. Расходомер состоит из измерительной трубы с жестким сечением канала, изготовленной из диэлектрического материала.

Электромагнитный расходомер // 2489684

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам), и может быть использовано в счетчиках воды, кислот, щелочей, молока, пива.

Электромагнитный расходомер жидких металлов // 2523768

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью электромагнитного способа, т.е. способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Электромагнитный расходомер жидких металлов имеет цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, электроды и индуктор. При этом имеется защитный кожух, выполненный из нержавеющей немагнитной стали в виде полого цилиндра с диаметром, превышающим диаметр трубы, и установленный соосно с трубой, с которой закреплен с помощью двух металлических перемычек, касающихся наружной поверхности трубы и внутренней поверхности защитного кожуха по линии, пересекающий диаметр канала в центральной области поперечного сечения трубы перпендикулярно направлению магнитного поля, создаваемого индуктором, который расположен за пределами защитного кожуха, а электроды приварены к внешней поверхности защитного кожуха. Технический результат - упрощение монтажа расходомера на трубопроводе с защитным кожухом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Электромагнитный расходомер и способ контроля измерения расхода текучих сред // 2529598

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам) электропроводящих сред. Способ контроля измерений расхода текучих сред заключается в том, что дополнительно к измерению величины расхода жидкости при преобразовании в микроконтроллере измеренной измерительным АЦП напряжения, пропорционального скорости измеряемой среды в измерительном канале, измеряют напряжения, пропорциональные току через индуктор, и напряжению на индукторе и определяют величину отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивлений, определенных в микроконтроллере программно-аппаратным образом по указанным значениям напряжений на индукторе от предустановленных в памяти их эталонных значений. Электромагнитный расходомер, содержит первичный преобразователь расхода, измерительную схему, содержащую, по меньшей мере, измерительный АЦП и схему управления, содержащую, по меньшей мере, микроконтроллер, соединенный с измерительным АЦП и снабженный дополнительным АЦП, выполненным с возможностью измерения напряжения, пропорционального току через индуктор, и напряжению на индукторе. Технический результат - повышение достоверности распознавания влияния внешних помех на точность измерений и, как следствие, повышение точности измерений, расширении диапазона измерений и спектра применения устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электромагнитный расходомер // 2535807

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах. В электромагнитном расходомере, содержащем корпус, измерительную трубу, состоящую из пяти участков: среднего, двух промежуточных и двух крайних, магнитную систему, состоящую из двух катушек возбуждения магнитного поля с сердечниками, а в поперечном сечении измерительной трубы по диаметру выполнены два встречных отверстия, в которых установлены электроды, измерительная труба снабжена наружной оболочкой из немагнитного металла, магнитная система размещена на наружной поверхности оболочки, при этом в оболочке выполнены отверстия под электроды. Технический результат - повышение максимально допустимого значения давления теплоносителя, проходящего через расходомер, а также уменьшение расхода высокотемпературной пластмассы. 2 ил.

Измерительное устройство и способ измерения скорости течения среды, протекающей через измерительную трубу // 2539839

Изобретение относится к устройствам для измерения скорости течения среды. Измерительное устройство (1) имеет средства для создания ортогонального к направлению течения (v) среды (5) постоянного магнитного поля (B), а также, по меньшей мере, две области (7, 7') отбора, которые расположены в лежащей ортогонально к направлению течения (v) среды (5) плоскости (E) на стенках (9) измерительной трубы (3), при этом каждая область (7, 7') отбора имеет электрод (13, 13'), который на обращенной к среде (5) стороне имеет неметаллический пористый слой (11), и измерительный прибор (19) для регистрации сигнала измерения. Измерительное устройство (1) отличается тем, что пористый слой (11, 11') содержит оксидный и/или неоксидный керамический материал, который покрывает полностью обращенную к среде сторону упомянутого электрода и при этом электрически изолирует электрод от среды. Технический результат - уменьшение шума и дрейфа за счет придания пористому слою свойства фильтра нижних частот. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электромагнитный расходомер большого диаметра // 2555517

Электромагнитный расходомер жидких металлов, имеющий цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, два измерительных электрода, приваренных к внешней поверхности трубы, индуктор, имеющий индукционную катушку и магнитопровод, имеющий две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы, индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая измерительные электроды, является осью симметрии катушки. При этом вдоль образующей трубы, находящейся на равном расстоянии между полюсами индуктора внутри угла, меньшего 180°, относительно точки пересечения образующей с линией симметрии катушки расположены дополнительные четыре электрода со следующими координатами: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала. Технический результат - обеспечение независимости показаний расходомера от магнитного числа Рейнольдса. 1 ил.

Устройство измерения расхода реверсируемого многофазного потока // 2568146

Изобретение относится к измерениям расхода реверсируемого многофазного потока. Устройство измерения расхода многофазного потока состоит из одновинтовой машины, винт которой является движителем для равномерного подвода дозированного количества механической энергии в реверсируемый многофазный поток и одновременно чувствительным элементом устройства измерения. Режим измерения поддерживается двухконтурной системой автоматического управления, внутренний (исполнительный) контур которой в составе электродвигателя, тахометра и частотного преобразователя изменяет направление и скорость вращения винта для синхронизации с объемным расходом многофазного потока. Внешний (задающий) контур в составе датчика дифференциального давления, датчика осевых усилий винта на опорные подшипники, датчиков температуры, контроллера и блока математического моделирования формирует задание по направлению и скорости вращения винта, синхронизированной с направлением и объемным расходом многофазного потока. Регистратор используют для хранения и выдачи по запросу измеренных параметров и рассчитанных в блоке математического моделирования значений объемного и массового расхода многофазного потока, его плотности и направления движения. Технический результат - измерение параметров, расчет, хранение и выдача по запросу объемного и массового расхода, плотности и направления движения реверсируемого многофазного потока, уменьшение погрешности измерения, увеличение метрологически обоснованного интервала измерения, повышение чувствительности, надежности и достоверности результатов измерения и вычисления, а также расширение интервала применения устройства по составу, в том числе фракционному, и физико-механическим свойствам многофазного потока. 1 ил.

Устройство для измерения уровня потока жидкости в открытом канале // 2570431

Изобретение относится к технике измерения уровня потока жидкости, протекающего по открытому каналу. Техническим результатом является повышение надежности измерения уровня. Устройство состоит из первичного преобразователя, имеющего участок канала, по которому протекает поток жидкости, и измерительного блока, имеющего источник переменного напряжения низкой частоты, причем первичный преобразователь имеет кран, выполненный из электропроводного материала и подключенный к водопроводной сети, и два электрода, из которых один расположен по линии траектории струи, приблизительно на ее середине, а другой расположен в потоке на дне канала, причем кран и электрод, расположенный на дне канала, подключены к источнику переменного напряжения низкой частоты, а электрод, расположенный приблизительно на середине струи, и электрод, расположенный на дне канала, подключены ко входу измерительного блока, и отличается тем, что первичный преобразователь имеет лоток, выполненный из неэлектропроводного материала и расположенный между краном и электродом, находящимся на дне канала, под углом α<π/2 к поверхности раздела сред «воздух - жидкость», а электрод, расположенный по линии траектории струи приблизительно на ее середине, закреплен в полости лотка. 1 ил.

Способ изготовления магнитно-индуктивного расходомера // 2590230

Изобретение относится к способу изготовления магнитно-индуктивного расходомера, содержащего по меньшей мере одну измерительную трубу для протекания электрически проводящей среды, по меньшей мере одно устройство для создания магнитного поля, проходящего, по меньшей мере, также перпендикулярно продольной оси измерительной трубы, и по меньшей мере два измерительных электрода. Измерительная труба (2) имеет металлическую основную часть, которая, по меньшей мере на внутренней стороне измерительной трубы, снабжена термопластичным покровным слоем, а виртуальная соединительная линия между двумя измерительными электродами проходит, по меньшей мере по существу, перпендикулярно направлению пронизывающего измерительную трубу перпендикулярно продольной оси измерительной трубы магнитного поля. Существенным отличием способа изготовления расходомера является то, что сначала в основной части (7) измерительной трубы (2) выполняют, предпочтительно посредством сверления, места (10) проникновения, служащие для ввода измерительных электродов (5, 6) в измерительную трубу (2). Затем основную часть (7) в области каждого из мест (10) проникновения снабжают термопластичным покровным слоем (8), после чего измерительные электроды (5, 6) посредством нагрева термопластичного покровного слоя (8) в области мест (10) проникновения непроницаемо для жидкости соединяют с измерительной трубой (2). Технический результат - упрощение способа изготовления магнитно-индуктивного расходомера, повышение его технологичности и снижение затрат энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Электромагнитный расходомер жидких металлов // 2591260

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. У электромагнитного расходомера имеются две пары электродов, из которых одна пара электродов контактирует с внешней стенкой трубы, а вторая пара электродов введена внутрь трубопровода до контакта с пограничным слоем жидкого металла изолированно от стенки трубопровода. Измерительное устройство имеет два измерительных канала, подключенных к соответствующим парам электродов. Технический результат - возможность измерения расхода жидких металлов: свинец (Pb), сплав свинца и висмута (Pb44,5%Bi55,5%) и др., обладающих плохой смачиваемостью со стенкой трубы и, следовательно, нестабильным электрическим контактом со стенкой канала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Магнитный расходомер жидкого металла // 2591277

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Магнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы, двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек, имеющих вид огибающих трубу эллипсов, магнитопровода, выполненного в виде полого цилиндра, и восьми пар электродов, закрепленных к наружной поверхности трубы. Электроды расположены попарно диаметрально противоположно друг к другу по линии, перпендикулярной оси канала в плоскости, перпендикулярной оси индуктора, причем координаты линий, соединяющих пары электродов, отсчитываемые от точки пересечения оси индуктора с осью трубы, имеют следующие значения: , , , , , , , где a - расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы, b - расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкого металла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.