Магнитный расходомер с множественными катушками

Изобретение относится к измерению расхода с помощью магнитных расходомеров. Магнитный расходомер (102) для измерения расхода рабочей текучей среды включает в себя расходомерную трубу (108), выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды. Катушки (222) размещаются рядом с расходомерной трубой. Первый и второй электроды (224) выполняются с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, связанный с приложенным магнитным полем и величиной расхода рабочей текучей среды. Обнаруженный электрический потенциал используется, чтобы вычислять величину расхода рабочей текучей среды через расходомерную трубу (108). Технический результат – обеспечение индикации изменения профиля потока рабочей текучей среды и компенсации этого изменения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Уровень техники

[0001] Настоящее изобретение относится к расходомерам типа используемых для обнаружения и измерения расхода рабочей текучей среды на промышленных производственных предприятиях. Более конкретно, настоящее изобретение относится к измерению расхода с помощью магнитного расходомера.

[0002] Магнитные расходомеры, как правило, используются, чтобы измерять расход токопроводящей рабочей текучей среды через электрически изолированную расходомерную трубу. В соответствии с законом Фарадея об электромагнитной индукции, когда токопроводящая рабочая текучая среда движется в перпендикулярном направлении через магнитное поле, в текучей среде индуцируется напряжение, которое пропорционально скорости рабочей текучей среды. Магнитное поле может быть создано катушкой, выполненной из провода, который был изогнут во множество близко расположенных витков. Пара электродов затем используется, чтобы измерять напряжение, индуцированное посредством перемещения рабочей текучей среды.

[0003] Магнитное поле может быть создано перемещающимися электрическими зарядами. Магнитное поле зачастую описывается с помощью математического описания магнитного воздействия электрических токов и магнитных материалов. Магнитное поле в любой данный момент определяется вектором, который имеет направление и величину (напряженность). Направление вектора определяется направлением, в котором ток протекает через катушку. Напряженность и плотность энергии магнитного поля зависят от величины тока и площади и формы катушки. В частности, общая напряженность магнитного поля увеличивается с длиной провода. Например, когда провод, несущий ток, формируется в виток, магнитное поле концентрируется внутри витка. Когда провод изгибается во множество витков, чтобы формировать катушку, магнитное поле становится даже более концентрированным.

Сущность изобретения

[0004] Магнитный расходомер для измерения расхода рабочей текучей среды включает в себя расходомерную трубу, выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды. Первая, вторая и третья катушки размещаются рядом с расходомерной трубой и выполнены с возможностью индуцировать магнитное поле в рабочей текучей среде. Первый и второй электроды выполняются с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, связанный с приложенным магнитным полем, и расход потока рабочей текучей среды.

Краткое описание чертежей

[0005] Фиг. 1 - это схема, показывающая систему управления процессом, включающую в себя магнитный расходомер.

[0006] Фиг. 2 - частично срезанный общий вид магнитного расходомера на фиг. 1.

[0007] Фиг. 3 - упрощенное поперечное сечение расходомера, который включает в себя первую, вторую, третью и четвертую катушки.

[0008] Фиг. 4 - блок-схема, показывающая один вариант осуществления расходомера для измерения расхода токопроводящей рабочей текучей среды через расходомерную трубу.

[0009] Фиг. 5A-H являются схемами, показывающими подачу питания на катушки расходомера.

[0010] Фиг. 6 - блок-схема, показывающая схему возбудителя катушки расходомера.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

[0011] Настоящее изобретение направлено на магнитный расходомер, который измеряет расход рабочей текучей среды через расходомерную трубу. В одном варианте осуществления магнитный расходомер настоящего изобретения обеспечивает улучшенную точность и улучшенную чувствительность благодаря повышенной концентрации или плотности энергии магнитного поля. В другом варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает повышенное отношение сигнал-шум, которое, в свою очередь, улучшает точность расходомера. В еще одном варианте осуществления расходомер обеспечивает повышенную плотность поля в желаемых областях расходомерной трубы. Это дает в результате повышенную чувствительность расходомера. В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретение включает в себя магнитный расходомер, имеющий более трех катушек и/или более двух электродов. В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретение может быть использовано, чтобы обнаруживать, измерять и компенсировать асимметрии в профиле скоростей потока рабочей текучей среды.

[0012] Магнитный расходомер настоящего изобретения включает в себя расходомерную трубу, выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды. Дополнительно, расходомер включает в себя множество катушек, размещенных рядом с расходомерной трубой. В предпочтительном варианте осуществления используются четыре катушки. Контроллер конфигурируется, чтобы прикладывать магнитное поле к рабочей текучей среде с помощью множества катушек. Первый и второй электроды выполняются с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, который связан с приложенным магнитным полем и расходом потока рабочей текучей среды. Датчик конфигурируется, чтобы принимать напряжение от первого и второго электродов. Контроллер конфигурируется, чтобы вычислять поток рабочей текучей среды на основе напряжения, обнаруженного между первым и вторым электродами.

[0013] На фиг. 1 типичное окружение для магнитного расходомера 102 иллюстрируется по ссылке 100. Более конкретно, фиг. 1 показывает магнитный расходомер 102, соединенный с сетью 104 трубопроводов, которая также соединяется с клапаном 112 управления. В магнитном расходомере наблюдаемый параметр процесса относится к скорости рабочей текучей среды через расходомерную трубу 108. Магнитный расходомер 102 может быть сконфигурирован, чтобы предоставлять выходной сигнал для передачи на длинные расстояния контроллеру или индикатору, через шину 106 связи. В типичных перерабатывающих производствах шина 106 связи может быть токовым контуром управления процессом с силой тока 4-20 мА, промышленной сетью, импульсным выходом/частотным выходом, соединением по протоколу HART®, беспроводным соединением связи, таким как протокол связи Wireless HART® в соответствии со стандартом IEC 62591, Ethernet или волоконно-оптическим соединением или другим каналом связи с контроллером, таким как контроллер/монитор 110 системы или другое устройство. Контроллер 110 системы может быть запрограммирован как монитор процесса, чтобы отображать информацию о расходе для оператора-человека, или как контроллер процесса, чтобы управлять процессом с помощью клапана 112 управления через шину 106 связи.

[0014] На фиг. 2 показан перспективный вид в разрезе магнитного расходомера 102. Расходомер 102 включает в себя корпус 120 электроники, соединенный с расходомерной трубой 108. Отметим, что на фиг. 2 расходомер 102 иллюстрируется как "фланцевый" расходомер, тогда как на фиг. 1 расходомер 102 иллюстрируется как расходомер в стиле "пластины". Как иллюстрировано на этих чертежах, фланцевый расходомер включает в себя собственные фланцы для соединения с сетью трубопроводов. Настоящее изобретение применимо и к тому, и к другому типу конфигурации. Согласно одному варианту осуществления расходомерная труба 108 может быть сформирована из материала 222A, 222B, 222C, 222D низкой магнитной проницаемости с электрически изолирующим защитным покрытием 202, корпусом 302 расходомерной трубы и первой, второй, третьей и четвертой электромагнитными катушками, размещенными рядом с расходомерной трубой 108. Отметим, что на фиг. 2 показаны только катушки 222A и 222B. Катушки 222A-D используются, чтобы индуцировать магнитное поле в рабочей текучей среде, текущей через расходомерную трубу 108. Первый и второй электрод 224A, 224B в расходомерной трубе 108 предоставляют датчик электродвижущей силы (EMF), который обнаруживает EMF (напряжение), формируемое в текучей среде вследствие скорости потока и приложенного магнитного поля 210. (Только электрод 224B отображен на фиг. 2). Рабочая текучая среда протекает через магнитное поле в расходомерной трубе 108, и этот поток индуцирует EMF в поле. Изолирующее защитное покрытие 202 предотвращает утечку EMF из текучей среды на металлическую расходомерную трубу. Электроды 224A, B обнаруживают индуцированное напряжение или EMF. Контроллер (не показан на фиг. 2) конфигурируется, чтобы вычислять расход рабочей текучей среды на основе напряжения, измеренного между первым и вторым электродами 224A, 224B в соответствии с законом Фарадея, который устанавливает, что EMF или напряжение пропорционально величине расхода текучей среды 200 в расходомерной трубе 108 и приложенному магнитному полю.

[0015] Фиг. 3 является упрощенным поперечным сечением расходомера 102 и показывает расходомерную трубу 108, переносимую в корпусе 302 расходомерной трубы. В одном варианте осуществления первая, вторая, третья и четвертая катушки 222A, 222B, 222C, 222D располагаются рядом с расходомерной трубой 108 и равномерно распределяются по ее окружности. Непроводящее защитное покрытие 202 расходомерной трубы покрывает с внутренней стороны расходомерную трубу 108 и несет рабочую текучую среду 200. Расходомерная труба 108 может содержать, например, нержавеющую сталь. Ферромагнитный экран 204 предпочтительно размещается, чтобы проводить магнитное поле по внешнему периметру расходомерной трубы 108. Это помогает в уменьшении магнитного сопротивления магнитной обратной цепи, которая, главным образом, находится снаружи расходомерной трубы. Как показано на фиг. 3, первая и вторая катушки 222A, 222D располагаются "выше" горизонтальной электродной оси 226, сформированной относительно электродов 224A, B. Аналогично, катушки 224B, C располагаются "ниже" оси 226. Посредством помещения катушек 222A-D выше и ниже электродов 224A, B, магнитное поле может быть сфокусировано рядом с электродами, и общее количество (вес) провода катушки может быть уменьшено без ухудшения чувствительности устройства. Дополнительно, когда магнитное поле концентрируется рядом с электродами, результирующий сигнал напряжения менее вероятно будет уменьшен в результате электрического замыкания через соседний металлический трубопровод. В свою очередь, эта конфигурация предоставляет возможность использования расходомерной трубы с более короткой длиной без ухудшения чувствительности расходомера. Увеличение плотности энергии магнитного поля ведет к увеличенному отношению сигнал-шум, тем самым обеспечивая более точные измерения расхода.

[0016] На фиг. 3 необязательные третий и четвертый электроды 224C, 224D соответственно иллюстрируются и формируют вертикальную электродную ось 227. С добавлением необязательных электродов, разности напряжений между любой парой электродов 224A, 224B, 224C, 224D могут наблюдаться и использоваться, чтобы увеличивать точность измерения расхода и обнаруживать колебания в профиле потока. Как показано в примерном варианте осуществления на фиг. 3, первая катушка 222A размещается между 0 и 90 градусами, где 0 градусов являются перпендикулярными вертикальной электродной оси 227, а 90 градусов совпадают с электродной осью 227. Вторая катушка 222B размещается между 90 и 180 градусами, третья катушка 222C размещается между 180 и 270 градусами, а четвертая катушка 222D размещается между 270 и 360 градусами.

[0017] На фиг. 4 блок-схема показывает один вариант осуществления магнитного расходомера 102 для измерения расхода токопроводящей рабочей текучей среды 200 через расходомерную трубу 108. Катушки 222A-D конфигурируются так, чтобы прикладывать магнитное поле к потоку текучей среды в ответ на приложенный ток возбуждения от возбудителя 230 катушки. Катушки 222A-D могут снабжаться энергией либо посредством синусоидального переменного тока (AC), либо посредством импульсного постоянного тока (DC (прямоугольная волна)). Электроды 224A, 224B электрически соединяются с рабочей текучей средой 200 и предоставляют выходной EMF-сигнал 234 усилителю 232. Сигнал 234 относится к EMF, сформированной в потоке текучей среды вследствие приложенного магнитного поля и скорости текучей среды. Аналого-цифровой преобразователь 242 предоставляет оцифрованное представление EMF-сигнала в микропроцессорную систему 248. Сигнальный процессор 250 реализуется в микропроцессорной системе 248, которая связывается с выходным EMF-сигналом 234, чтобы предоставлять выходной сигнал 252, относящийся к скорости текучей среды. Память 278 может быть использована, чтобы хранить программные инструкции или другую информацию. Хотя показана цифровая схема, изобретение может также быть реализовано с помощью аналоговой схемы.

[0018] Микропроцессорная система 248 вычисляет скорость текучей среды 200 через расходомерную трубу 108 в соответствии с соотношением между выходным EMF-сигналом 234 и скоростью потока, как изложено в законе Фарадея, который устанавливает

V=E/(kBD), Уравнение 1

где E - это измеренное напряжение, V - скорость текучей среды, D - диаметр расходомерной трубы 108, B - напряженность магнитного поля в текучей среде, а k - константа пропорциональности. Микропроцессорная система 248 использует обнаруженное напряжение, чтобы вычислять расход рабочей текучей среды в соответствии с известными способами. Цифроаналоговый преобразователь 258, соединенный с микропроцессорной системой 248, формирует аналоговый выходной сигнал 260 передатчика для соединения с шиной 106 связи. Цифровая схема 262 связи формирует цифровой выходной сигнал 264 передатчика.

[0019] Фиг. 5A-E являются поперечными разрезами расходомерной трубы 108, которые показывают примеры результирующего магнитного поля в ответ на подачу питания на различные катушки. Расходомер 102 может быть сконфигурирован с возможностью запитывать одну катушку, две катушки или более двух катушек индивидуально, одновременно или в различных последовательных порядках. В одном варианте осуществления последовательный порядок включает в себя подачу питания на каждую катушку индивидуально. Например, по меньшей мере, одна из катушек 222A, 222B, 222C, 222D может быть запитана прежде другой из катушек. В другом варианте осуществления последовательный порядок включает в себя запитывание катушек попарно. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, он включает в себя запитывание катушек 222A, 222B, 222C, 222D попарно. Существует по меньшей мере шесть возможных комбинаций запитывания катушек попарно. В одном варианте осуществления пара катушек включает в себя противоположные катушки. В другом примерном варианте осуществления пары катушек, которые запитываются, включают в себя соседние катушки. Дополнительно, северный-южный полюса магнитного поля могут быть перевернуты посредством изменения направления тока, протекающего через катушку.

[0020] Как показано на фиг. 5A-H, магнитное поле различается в зависимости от того, какие катушки запитываются. Когда множество пар катушек запитывается, различные магнитные поля создаются из различных зон (или участков) в расходомерной трубе 108. Поток текучей среды через каждое магнитное поле формирует сигнал напряжения, который относится к профилю средней скорости через поперечное сечение расходомерной трубы в осевом местоположении, где магнитное поле формируется. Дополнительно, использование более двух электродов предоставляет возможность сбора дополнительной информации. Более конкретно, напряжение, которое генерируется, является максимальным в направлении, которое перпендикулярно потоку и перпендикулярно направлению магнитного поля. Таким образом, больший ответный сигнал напряжения может быть обнаружен посредством выбора соответствующей пары электродов на основе направления приложенного магнитного поля. Анализируя сигналы напряжения, сформированные в ответ на различные приложенные магнитные поля, возможно получать информацию, относящуюся к профилю скорости потока и тому, как профиль изменяется в поперечном сечении расходомерной трубы. Более конкретно, тип симметрии, который наблюдается, называется "осесимметричным", который ссылается на симметрию по любой плоскости, которая протягивается вдоль оси трубы. Чтобы обеспечивать точные измерения, большинство расходомеров требуют, чтобы рабочая текучая среда проявляла осесимметричный профиль скорости. Осесимметричный профиль скорости является профилем, который свободен от завихрений и симметричен относительно центральной линии расходомерной трубы. Профиль скорости становится асимметричным в любое время, когда возмущение в трубопроводе (такое как колено или клапан) побуждает скорость потока увеличиваться на одной стороне трубопровода и уменьшаться на другой. Это ведет к привнесению ошибок в измерение величины расхода. В зависимости от серьезности возмущения потока ошибки могут быть значительными. Это даст в результате расходомер, который обеспечивает менее точные измерения расхода.

[0021] Фиг. 5A является поперечным разрезом расходомерной трубы 108 и показывает катушки 222A-D. Дополнительно, в конфигурации, изложенной на фиг. 5A, показаны четыре электрода 224A-D. На фиг. 5A катушки 222A и 222D запитываются таким образом, что их северный полюс направляется внутрь расходомерной трубы 108, а их южный полюс направляется из расходомерной трубы 108. Катушки 222B и 222C запитываются противоположным образом, при этом северный полюс направляется наружу, а южный полюс направляется внутрь. Это показывается в таблице, которая сопровождает фиг. 5A. Обозначение "в" ссылается на магнитный северный полюс, направляемый внутрь, тогда как "из" указывает, что северный полюс направляется из расходомерной трубы 108. Дополнительно, обозначение "выкл." указывает, что катушка не получает питание. На основе этой подачи питания магнитные поля будут формироваться, как указано линиями магнитной индукции, показанными на фиг. 5A. (Отметим, линии магнитной индукции снаружи трубопровода не иллюстрируются). Это вызовет формирование наиболее сильного сигнала напряжения между электродами 224A и 224B.

[0022] В конфигурации на фиг. 5B одно магнитное поле формируется между катушками 222D и 222B. В этой конфигурации максимальное напряжение будет наблюдаться либо между электродами 224C и 224D, либо между электродами 224A и 224B. Отметим, что в такой конфигурации разница между этими двумя измеренными напряжениями может быть использована, чтобы предоставлять информацию, касающуюся расхода, или использоваться для диагностики. Фиг. 5C иллюстрирует аналогичную конфигурацию, в которой запитываются катушки 222A и 222C.

[0023] На фиг. 5D и 5E запитывается одна пара катушек. В частности, катушки 222D и 222C на фиг. 5D и 222A и 222B на фиг. 5E. В этой схеме подачи питания максимальное напряжение наблюдается между электродами 224A и 224B. Различия между двумя показателями напряжения опять же могут быть использованы, чтобы предоставлять диагностическую информацию или дополнительную информацию, касающуюся профиля потока.

[0024] Фиг. 5F и 5G иллюстрируют конфигурацию, в которой соседние пары катушек запитываются с их магнитными полями в одинаковом направлении. Другие две катушки выключены. В этой конфигурации максимальное напряжение будет наблюдаться между катушками 222A и 222B. Фиг. 5H иллюстрирует результат в магнитном поле, когда запитывается одна катушка.

[0025] Наблюдая напряжения, сгенерированные на основе приложения различающихся магнитных полей, может быть получена информация, касающаяся работы расходомерной трубы, профиля потока, информация, относящаяся к самой рабочей текучей среде, и диагностическая информация. Например, на основе приложенного магнитного поля в некоторых ситуациях напряжения, наблюдаемые между двумя парами электродов, должны быть равны. В качестве конкретного примера, когда поток является осесимметричным, напряжение, измеренное между электродами 224A и 224B, должно быть приблизительно равным, когда катушки запитываются как на фиг. 5D, и когда они запитываются как на фиг. 5E. Однако, если напряжение значительно выше, когда катушки запитываются как на фиг. 5E, может быть предположено, что поток не является осесимметричным, и что средняя скорость текучей среды выше на правой стороне расходомерной трубы, чем на левой стороне. В этом случае расходомер может быть сконфигурирован, чтобы предупреждать пользователя, что точность может ухудшиться, или что необходимо скорректировать ошибку. В некоторых конфигурациях более двух электродов используются в вычислении напряжения. Дополнительно, различные напряжения и разности напряжений могут быть сохранены и использованы для анализа тенденций.

[0026] В одном варианте осуществления настоящее изобретение собирает сигналы, сформированные от различных магнитных полей, и использует сигналы, чтобы формировать данные, указывающие профиль потока. Это может рассматриваться как "изображение" профиля скорости. Формируя подробный профиль скорости, аспекты настоящего изобретения могут идентифицировать изменения в осесимметрии, присутствующие в профиле. Асимметрия в профиле скорости может тогда быть, например, компенсирована. Это дает в результате расходомер, который выдает более точные измерения расхода. В одном варианте осуществления формируется множество различных магнитных полей, результирующее "изображение" профиля скорости предоставляет еще дополнительные подробности относительно профиля скорости. Посредством изменения того, какие из катушек запитываются, и/или полярности запитываемых катушек, профиль прикладываемого магнитного поля может быть изменен. Это может быть использовано, чтобы концентрировать магнитное поле на конкретных областях ("зонах" или "участках") в расходомерной трубе. Дополнительно, может наблюдаться разность напряжения между различными парами 224A, 224B, 224C, 224D электродов. Это дает эффект увеличения чувствительности устройства на выбранном участке или "зоне", где поле концентрируется, и/или где результирующее напряжение наблюдается.

[0027] Фиг. 6 иллюстрирует один вариант осуществления схемы 230 возбудителя в корпусе 120 электроники. Схема 230 возбудителя катушки включает в себя множество переключателей 298A, 298B, 298C, 298D, управляемых контроллером 248 и соединенных с множеством катушек 222A, 222B, 222C, 222D. Контроллер 248 управляет множеством переключателей 298A, 298B, 298C, 298D, чтобы выборочно соединять источник 296 тока с множеством катушек 222A, 222B, 222C, 222D. Отметим, что если направление электрического тока, протекающего через катушку, изменяется, полюса катушки будут перевернуты. В одной конфигурации схема 230 возбудителя включает в себя дополнительные переключатели (или другую схему), которые могут быть использованы, чтобы независимо переключать направление тока через одну или более из множества катушек 222A, 222B, 222C, 222D.

[0028] В одном варианте осуществления каждая из катушек 222A, 222B, 222C, 222D может быть намотана на бобину и затем прикреплена к расходомерной трубе 108 с помощью центрального штифта или т.п. Катушка может быть постоянно прикреплена к расходомерной трубе 108. В примерном варианте осуществления катушки 222A, 222B, 222C, 222D могут нагреваться для того, чтобы активизировать соединительный слой. Нагрев катушек будет зависеть от материала бобины. После того как катушки 222A, 222B, 222C, 222D намотаны на бобину, катушки 222A,222B, 222C, 222D затем выстраиваются и прикрепляются к расходомерной трубе 108. Любые подходящие крепежи могут быть использованы, чтобы прикреплять катушки 222A, 222B, 222C, 222D к расходомерной трубе 108, такие как, например, штифты и гайки. В другой примерной конфигурации катушки 222A, 222B, 222C, 222D и/или электроды 224A, 224B и необязательные электроды 224C, 224D прикрепляются в расходомерной трубе, которая формируется из отлитого материала.

[0029] Как обсуждалось выше, любое число катушек может быть одновременно или индивидуально запитано по желанию. Выбирая, какие из катушек запитываются, и/или полярность результирующего магнитного поля, различные примеры магнитного поля могут быть приложены к рабочей текучей среде. В еще одной примерной конфигурации напряженность приложенного магнитного поля регулируется посредством изменения величины тока, прикладываемого к одной или более из катушек. В дополнение к изменению приложенного магнитного поля настоящее изобретение также включает в себя использование более двух электродов, чтобы обнаруживать результирующее напряжение. Например, обращаясь обратно к фиг. 3, если используются четыре электрода, и магнитное поле прикладывается к рабочей текучей среде, результирующее напряжение может быть обнаружено между электродами 224A и 224C вместе с результирующим напряжением между электродами 224B и 224D. Разница между этими двумя обнаруженными напряжениями может указывать колебание в профиле потока рабочей текучей среды. После того как колебание в профиле потока рабочей текучей среды обнаруживается, микропроцессор 248 может быть использован, чтобы компенсировать это колебание. Например, память 278 может хранить компенсационную информацию в форме фиксированных значений или уравнения компенсации. Такое уравнение может принимать форму, например, полиномиального уравнения. Например, если пара электродов обнаруживает напряжение, когда магнитное поле прикладывается в направлении, которое параллельно линии между двумя электродами, вычисленное значение расхода может быть увеличено или уменьшено на основе процесса получения характеристик расходомерной трубы. Получение характеристик расходомерной трубы может выполняться во время производства расходомера и информации описания характеристик, сохраненной в памяти 278.

[0030] Таким образом, с помощью настоящего изобретения информация, относящаяся к расходу рабочей текучей среды, может быть собрана через приложение множества различных магнитных полей посредством выборочной подачи питания на соответствующую магнитную катушку. Аналогично, если применяются более двух электродов, колебания в результирующем напряжении между различными местоположениями на расходомерной трубе также могут наблюдаться. Эта дополнительная информация может быть использована, чтобы компенсировать показатели расхода и выполнять диагностику по расходомерной трубе, рабочей текучей среде или другим компонентами. Дополнительная информация может также быть использована, чтобы собирать информацию, относящуюся к самой рабочей текучей среде. Например, концентрация твердых частиц в рабочей текучей среде может быть обнаружена посредством наблюдения колебаний в показаниях вследствие приложения различных магнитных полей или обнаружения различных напряжений. Эта информация может также быть использована, чтобы идентифицировать засоры, отложения или коррозию расходомерной трубы и ассоциированной сети трубопроводов. Информация может наблюдаться в динамике по времени, чтобы наблюдать тенденции.

[0031] Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что изменения могут быть сделаны в форме и деталях без отступления от духа и области применения изобретения. Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были описаны как включающие в себя четыре катушки и два или четыре электрода, число катушек и электродов, которые могут быть использованы с настоящим изобретением, не ограничивается этой конфигурацией. Когда число катушек и/или число электродов увеличивается, асимметрия профиля скорости может быть более точно измерена, и может быть получено более точное разрешение изображения асимметрии профиля скорости. Диагностика может также быть выполнена на основе рабочей текучей среды. Это может включать в себя выполнение диагностики на основе осадка в рабочей текучей среде, который может проявляться как увеличение в асимметрии профиля скорости. Аналогично, коррозия или засорение расходомерной трубы может также проявляться как изменение в профиле скорости. Дополнительно, конфигурация катушек и электродов увеличивает эффективность расходомера и уменьшает величину тока, требуемого, чтобы получать показатель.

1. Магнитный расходомер для измерения расхода рабочей текучей среды, содержащий:

расходомерную трубу, выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды через нее;

первую катушку, размещенную рядом с расходомерной трубой;

вторую катушку, размещенную рядом с расходомерной трубой;

третью катушку, размещенную рядом с расходомерной трубой;

схему возбуждения, выполненную с возможностью прикладывать магнитное поле к рабочей текучей среде с помощью первой, второй и третьей катушек;

первый и второй электроды, выполненные с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, связанный с приложенным магнитным полем и величиной расхода рабочей текучей среды; и

контроллер, выполненный с возможностью вычислять расход рабочей текучей среды на основе электрического потенциала, обнаруженного посредством первого и второго электродов.

2. Расходомер по п. 1, дополнительно содержащий четвертую катушку, размещенную рядом с расходомерной трубой, или в котором схема возбудителя содержит переключатель, выполненный с возможностью выборочно соединять источник тока с катушкой.

3. Расходомер по п. 1, при этом первая и вторая катушки располагаются выше горизонтальной оси первого и второго электродов, а третья катушка располагается ниже первого и второго электродов.

4. Расходомер по п. 2, при этом первая и вторая катушки располагаются выше горизонтальной оси между первым и вторым электродами, а третья и четвертая катушки располагаются ниже горизонтальной оси.

5. Расходомер по п. 1, дополнительно содержащий экран, выполненный с возможностью проводить магнитное поле вокруг внешнего периметра расходомерной трубы, или в котором контроллер выполнен с возможностью идентифицировать асимметрии в профиле скорости рабочей текучей среды.

6. Расходомер по п. 1, при этом контроллер выполнен с возможностью обнаруживать ошибки в показателях расхода на основе профиля скорости, при этом контроллер в частности выполнен с возможностью корректировать ошибки, обнаруженные в показателе расхода.

7. Расходомер по п. 1, при этом расходомер выполнен с возможностью выполнять диагностику на основе профиля скорости рабочей текучей среды.

8. Расходомер по п. 2, при этом катушки возбуждаются попарно, в частности при этом пары содержат противоположные катушки.

9. Расходомер по п. 1, при этом первая, вторая и третья катушки запитываются в одно время или при этом катушки запитываются индивидуально.

10. Расходомер по п. 1, включающий в себя третий электрод, выполненный с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, относящийся к приложенному магнитному полю и величине расхода рабочей текучей среды.

11. Способ измерения расхода рабочей текучей среды, содержащий этапы, на которых:

размещают расходомерную трубу с возможностью принимать поток рабочей текучей среды;

размещают первую катушку рядом с расходомерной трубой;

размещают вторую катушку рядом с расходомерной трубой;

размещают третью катушку рядом с расходомерной трубой;

прикладывают магнитное поле к рабочей текучей среде с помощью первой, второй и третьей катушек;

размещают первый и второй электроды, расположенные под углом относительно первой, второй и третьей катушек, чтобы обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, связанный с приложенным магнитным полем между любой парой из первой, второй и третьей катушек и величиной расхода рабочей текучей среды; и

вычисляют расход рабочей текучей среды с помощью контроллера на основе электрического потенциала, обнаруженного посредством первого и второго электродов.

12. Способ по п. 11, включающий в себя этап, на котором размещают четвертую катушку рядом с расходомерной трубой.

13. Способ по п. 12, включающий в себя этап, на котором запитываются катушки попарно, при этом подача питания на катушки попарно содержит этап, на котором запитывают противоположные катушки.

14. Способ по п. 11, при этом катушки запитываются индивидуально.

15. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором:

идентифицируют асимметрии в профиле скорости рабочей текучей среды; или

корректируют ошибки в показателях расхода вследствие асимметрий в профиле скорости рабочей текучей среды; или

выполняют диагностику на основе асимметрий в профиле скорости рабочей текучей среды; или

размещают третий электрод, чтобы обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, относящийся к приложенному магнитному полю и величине расхода рабочей текучей среды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру, в частности, для использования в условиях высокого давления при давлении среды свыше 51 бар, также к способу монтажа системы крепления электрода.

Изобретение относится к магнитному расходомеру (300) для измерения потока технологической текучей среды. Расходомер включает в себя трубку (200, 319), выполненную с возможностью пропускать через себя поток технологической текучей среды.

Изобретение относится к расходомерам такого типа, которые используются для регистрации и измерения расхода технологического флюида на предприятиях производственного процесса.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах, преимущественно в квартирах или иных других личных или служебных помещениях.

Изобретение относится к области измерения расхода электромагнитным методом. Предлагается электромагнитный расходомер с прямоугольным поперечным сечением канала, у которого на каждой стенке, параллельно расположенной магнитному полю, устанавливается не менее трех электродов, контактные поверхности которых имеют круглую форму, диаметром менее 1/10 ширины стенки канала, причем все электроды расположены на равном расстоянии между собой по линии пересечения поверхности стенки с плоскостью центрального поперечного сечения канала.

Изобретение относится к электромагнитным расходомерам для измерения расхода высокотемпературных, коррозийных, проводящих текучих сред, протекающих в канале, таком как труба или желоб.

Представлен и описан магнитоиндуктивный расходомер (1) по меньшей мере с одной измерительной трубкой (2), по меньшей мере с одним имеющим магнитную цепь устройством (3a, 3b) для реализации магнитной цепи и по меньшей мере с двумя электродами (4) для регистрации измеряемого напряжения, причем измерительная трубка (2) имеет впускной участок (2a), примыкающий к впускному участку (2a) измерительный участок (2b) и примыкающий к измерительному участку (2b) выпускной участок (2c), причем поперечное сечение (AM) потока измерительного участка (2b) меньше как обращенного к входному отверстию поперечного сечения (AE) потока впускного участка (2а), так и меньше обращенного к выходному отверстию поперечного сечения (AA) потока выпускного участка (2c), и причем электроды (4) расположены на противоположных электродных участках (5a, 5b) или внутри них на измерительном участке (2b) измерительной трубки (2).

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

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.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах учета количества теплоты, переносимой электропроводящими жидкостями, их объема и массы, а также контроля и регулирования объемного и массового расхода. Электромагнитный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий индуктор 2 и трубопровод 3 с электродами 4, соединенными через первый ключ 5 и второй ключ 6 с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 7, информационный выход 1 которого соединен со входом микроконтроллера 8. Схема содержит также мостовой коммутатор тока 9, выходы которого соединены с индуктором 2, а входы управления с первым и вторым выходами микроконтроллера 8. Мостовой коммутатор тока 9 питается от источника тока 10, одним из выходов соединенным с мостовым коммутатором тока 9, а другим выходом с одним из концов датчика тока 11, другой конец которого соединен с общей точкой схемы. Сигнальные входы аналого-цифрового преобразователя 7 соединены также через третий ключ 12 с концом датчика тока 11, соединенным с выходом источника тока 10, и через четвертый ключ 13 с общей точкой схемы. Входы управления первого 5 и второго 6 ключей соединены с четвертым выходом микроконтроллера 8, а третьего 12 и четвертого 13 ключей с пятым выходом микроконтроллера 8. Вход управления источника тока 10 соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя 14, информационный вход которого соединен с третьим выходом микроконтроллера 8, а вход опорного напряжения с выходом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя 7. Технический результат - устранение зависимости результатов измерения расхода от изменения параметров индуктора и сопротивления датчика тока под воздействием внешних факторов за счет того, что напряжение с датчика тока подключается к сигнальному входу АЦП, проводится преобразование напряжения с датчика тока в код, который сравнивается с контрольным кодом, записанным в памяти микроконтроллера. В случае отклонения полученного кода от контрольного проводится корректировка кода, загружаемого в ЦАП. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах учета количества теплоты, переносимой электропроводящими жидкостями, их объема и массы, а также контроля и регулирования объемного и массового расхода. Электромагнитный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий индуктор 2 и трубопровод 3 с электродами 4, соединенными с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с входом микроконтроллера 6. Схема содержит также мостовой коммутатор тока 7, выходы которого соединены с индуктором 2, а входы управления с выходами микроконтроллера 6. Мостовой коммутатор тока 7 питается от источника тока 8, одним из выходов соединенного с мостовым коммутатором 7, а другим выходом с одним из концов датчика тока 9 и входом усилителя 10, выход которого соединен с входом внешнего опорного сигнала аналого-цифрового преобразователя 5, причем другой конец датчика тока 9 соединен с общей точкой схемы. Технический результат – обеспечение независимости погрешности измерения расхода от нестабильности тока питания индуктора за счет того, что на вход внешнего опорного сигнала АЦП подается усиленное до нормированного значения напряжение с датчика тока, относительно которого происходит преобразование в АЦП, при этом происходит автоматическое деление зависящих от тока питания индуктора входного сигнала и сигнала с датчика тока, включенного в цепь питания индуктора; при этом результат деления не зависит от тока питания индуктора, а за счет деления входного сигнала на опорный сигнал в одном измерительном цикле не снижается быстродействие и выход источника тока питания индуктора из режима стабилизации не ухудшает точность и динамический диапазон измерения. 2 ил.

Описана сборка расходомерного трубопровода для магнитного расходомера (150). Сборка расходомерного трубопровода включает в себя расходомерный трубопровод (156), выполненный с возможностью приема потока технологической текучей среды через него. Магнитный сердечник (152) устанавливается относительно расходомерного трубопровода (156) и включает в себя стержень (157), проходящий от расходомерного трубопровода (156) до пары ответвлений. Каждое из ответвлений (153, 155) проходит в сторону от стержня (157). Бобина (182), имеющая множество магнитных обмоток (164), располагается вокруг стержня (157) и отделяет множество обмоток (164) от расходомерного трубопровода (156). Технический результат – сокращение количество деталей конструкции расходомерного трубопровода с упрощением тестирования и диагностики устройства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерению расхода жидкости электромагнитным расходомером. Устройство относится к измерительным устройствам электромагнитных расходомеров и содержит электрически соединенные между собой блок питания, коммутатор питания катушек первичного преобразователя расхода, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер и интерфейс внешней связи и выдачи результатов измерений, и может быть использовано для измерения расхода токопроводящей жидкости. Согласно изобретению устройство включает в себя электронные аналоговые ключи подключения электродов первичного преобразователя расхода, установленные на входе измерительного устройства, входы управления которыми подключены к выходу микроконтроллера, который выполнен с возможностью управления электронными аналоговыми ключами. Технический результат – повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых расходов при одновременном повышении достоверности результатов измерений и надежности работы устройства. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода воды в больших водоводах прямоугольной формы, применяемых на ГЭС. Водовод выполнен из железобетона, он имеет канал прямоугольного поперечного сечения размерами до 20/6 м. Номинальный расход воды составляет порядка 500 м3/с. Предлагаемый электромагнитный расходомер имеет прямоугольный канал, размеры которого равны размерам канала турбинного водовода. В канале водовода имеется ниша прямоугольного поперечного сечения, она выполнена по всему периметру прямоугольного канала водовода глубиной не менее 100-200 мм, в нее помещен индуктор и электроды. Для того чтобы не создавались дополнительные препятствия потоку, внешняя поверхность электроизоляционной футеровки выполнена заподлицо с поверхностью канала водовода. Мерой расхода жидкости является сумма разностей потенциалов всех пар электродов. Технический результат – создание расходомера с повышенной точностью измерения расхода с изменяющейся структурой потока, обеспечение высокой точности измерения и независимости показаний от структуры потока. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

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 измеряют время переходного процесса при включении или выключении тока в индукторе и по этому времени судят о исправности расходомера и об отсутствии внешних помех, влияющих на точность измерений. Предлагается несколько вариантов способов осуществления контроля исправности электромагнитного расходомера и несколько вариантов электромагнитного расходомера, осуществляющие предлагаемые способы. Технический результат - повышение достоверности распознавания отказов компонентов расходомера и влияния внешних помех на точность измерений и, как следствие, повышение точности измерений, расширение диапазона измерений и спектра применения устройства. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ контроля измерения расхода текучих сред электромагнитным расходомером относится к области измерительной техники и может быть использован, в частности, для измерения электропроводящих текучих сред в трубопроводах, а также в счетчиках воды и других жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что периодически измеряют напряжение, пропорциональное току, через катушки электромагнита в режиме установившегося тока и напряжение на катушках во время переходного процесса, одновременно с измерением напряжения во время переходного процесса измеряют ток в катушках, по которому определяют падение напряжения на активном сопротивлении катушек, а индуктивность определяют на основе вычисления разности напряжений на катушках и на их активном сопротивлении. Полученное значение индуктивности сравнивают с заранее предустановленным эталонным значением. Технический результат - повышение достоверности контроля наличия посторонних магнитных полей. 1 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для определения расхода потока и/или фазного элемента различных компонентов в потоке многофазного флюида. Датчик многофазного расходомера задействуется для определения физической характеристики, относящейся к потоку многофазного флюида в канале многофазного расходомера. Стационарность потока многофазного флюида определяется на основании обнаруженной физической характеристики в фактических условиях по сравнению с ожидаемым шумом датчика в условиях стационарного потока. Переменную модели потока выбирают из множества переменных модели потока на основании содержания газа в потоке многофазного флюида и обнаруженной стационарности. Затем поток многофазного флюида моделируют посредством настройки выбранных переменных модели потока. Технический результат – обеспечение устройства и способов адаптации и/или настройки вычисления с целью определения расходов многофазного потока многофазных флюидов на основании распознания режима течения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Индукционный расходомер относится к электромагнитным устройствам для измерения жидких металлов по степени деформации магнитного поля в канале трубы. Индукционный расходомер жидкого металла, основанный на измерении степени деформации магнитного поля в канале, обусловленной движением жидкого металла, содержит первичный преобразователь и измерительное устройство, причем первичный преобразователь имеет трубу, индуктор, создающий магнитное поле в канале трубы, две встречно включенные индикаторные катушки, воспринимающие деформацию эпюры магнитного поля, и, по крайней мере, две силовые катушки, производящие обратную деформацию эпюры магнитного поля. Первичный преобразователь имеет два электрода, приваренных к наружной поверхности трубы, расположенных диаметрально противоположно по линии перпендикулярной оси канала и направлению магнитного поля, и подсоединенных ко входу измерительного устройства, причем разность потенциалов между электродами, измеряемая измерительным устройством, служит мерой расхода жидкого металла. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкого металла.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода электропроводящих жидких сред с помощью электромагнитного расходомера с погружными датчиками локальной скорости. В устройство введены формирователь тока, датчик тока на основе опорного прецизионного резистора и пассивного фильтра на чип-резисторах, кнопочная четырехклавишная клавиатура. Способ определения расхода в трубопроводах больших диаметров ≥300 мм заключается в измерениях локальной скорости потока контролируемой жидкости в трех точках, которые размещены на фиксированной глубине погружения, путем возбуждения знакопеременного магнитного поля, формирования информационного сигнала по измеренной величине ЭДС, определения значения локальной и средней скорости и значения объемного расхода. Предлагаемое устройство и способ позволяют повысить точность, стабильность, а также расширить динамический диапазон измерения расхода жидкости в трубопроводах больших диаметров за счет способа обработки информационных сигналов при помощи метода формирования информационного разностного сигнала. Для защиты устройства от внешних электромагнитных помех, внутренних синфазных помех и земляных токов общая шина питания устройства изолирована от местного защитного заземления. Для повышения точности измерений локальной скорости контролируемого потока жидкости и снижения себестоимости используют простой метод статистической обработки, который может быть реализован в недорогом микропроцессоре, использованном в заявляемом устройстве. Например, метод усреднения с исключением выбросов, по которому отбрасывают максимальное и минимальное значение оцифрованного информационного сигнала, оставшиеся n-2 значения данного сигнала усредняют, при этом полученное после усреднения значение оцифрованного информационного сигнала запоминают в оперативной памяти устройства и используют в дальнейших вычислениях. Технический результат - повышение точности измерения расхода электропроводящей жидкости, сбережение электрической энергии и расширение области применения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерению расхода с помощью магнитных расходомеров. Магнитный расходомер для измерения расхода рабочей текучей среды включает в себя расходомерную трубу, выполненную с возможностью принимать поток рабочей текучей среды. Катушки размещаются рядом с расходомерной трубой. Первый и второй электроды выполняются с возможностью обнаруживать электрический потенциал рабочей текучей среды, связанный с приложенным магнитным полем и величиной расхода рабочей текучей среды. Обнаруженный электрический потенциал используется, чтобы вычислять величину расхода рабочей текучей среды через расходомерную трубу. Технический результат – обеспечение индикации изменения профиля потока рабочей текучей среды и компенсации этого изменения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх