Электромагнитный расходомер
Полезная модель может быть использована для измерения расхода электропроводных жидкостей и теплоносителя электромагнитным способом в напорных трубопроводах.
Электромагнитный расходомер содержит заключенные в корпус электромагнит и помещенный в его магнитное поле участок трубопровода, выполненный из немагнитного материала и снабженный изолирующими вставками, размещенными с внутренней стороны трубопровода с образованием канала трубопровода и разделенные между собой вдоль смежных сторон зазорами, выполненными по эквипотенциальной относительно размещенных во внутреннем объеме канала трубопровода электродов выполненных в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита, создающего переменное магнитное поле в измеряемой среде, что позволяет устранить усталостные перегрузки материала изолирующих вставок из-за гидравлической нагрузки, а также различия тепловых коэффициентов материалов трубы и изолирующего покрытия при условии сохранения электрических свойств. 1 н.п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к области приборостроения, в частности к направлению тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя электромагнитным способом в напорных трубопроводах.
Известен электромагнитный расходомер, выполненный на основе трубы из немагнитного и неэлектропроводного материала, на которой установлены катушки возбуждения, полюсные наконечники и электроды. Корпус изделия выполнен из ферромагнитной стали. Провода от катушек возбуждения и электродов выведены в клеммную коробку. Герметичность конструкции обеспечивается стальными фланцами и уплотнительными материалами. Внутренний объем корпуса заполнен смесью слюды и пропиточного лака (пат. РФ 
2277699, G01F 1/58, от 10.06.2006 г.). Недостатками конструкции являются ее низкая надежность и нетехнологичность. Ненадежность показаний вызвана в частности тем, что как известно полимеризация заливочного материала, изготовленного с применением полиимидных либо эпоксидных смол происходит при высоких температурах порядка 180-200°С вызывающих размягчение материала уплотнений, прежде всего электродных, что приводит к нарушению герметичности прежде всего электродных узлов и, как следствие, к потере сопротивления изоляции измерительных и питающих цепей.
Наиболее близким решением, прототипом по технической сущности к предлагаемой полезной модели является электромагнитный расходомер содержащий, выполненный из алюминия трубчатый корпус, в котором размещен участок трубопровода, изготовленного из немагнитного материла и покрытого внутри слоем неэлектропроводной изоляции, например, фторопластом. Трубопровод помещен между полюсами электромагнита и снабжен электродами. По разные стороны от электромагнита на трубопровод надеты две установленные параллельно друг другу пластины, соединенные двумя скобами, каждая из которых проходит через соответствующий сердечник, образующие магнитопровод. (пат РФ 2272998, G01F 1/58 от 24.05.2004). К числу недостатков данного решения расходомера следует отнести относительно короткий срок службы, вследствие разрушения изолирующего покрытия, вызванного механическими перегрузками возникающими в изолирующем покрытии из-за гидравлической нагрузки, а также различия тепловых коэффициентов материалов трубы и изолирующего покрытия.
Технической задачей заявленной полезной модели является разработка конструкции обеспечивающей уменьшение механических перегрузок изолирующего слоя без значительного повышения стоимости прибора и усложнения конструкции.
При этом технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью заключается в повышении надежности и срока службы изделия, с сохранением электрических свойств, за счет изменения конструкции изолирующего слоя.
Технический результат достигается в результате использования конструкции электромагнитного расходомера содержащего заключенные в корпус электромагнит и помещенный в поле электромагнита участок трубопровода, изготовленный из немагнитного материала, с изолирующими слоем из неэлектропроводного материала по внутренней стороне, снабженный электродами, размещенными во внутреннем объеме трубопровода и установленными в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита. При этом, в отличие от прототипа изолирующий слой выполнен составным, в виде, по меньшей мере, двух сопряженных изолирующих вставок вдоль внутренней стороны трубопровода, разделенных между собой вдоль смежных сторон зазорами по эквипотенциальной относительно электродов плоскости.
В предпочтительном варианте исполнения электроды размещены во внутреннем объеме трубопровода через изолирующие вставки и фиксированы относительно них, с обеспечением возможности фиксации местоположения изолирующих вставок.
Изолирующие вставки могут быть выполнены из полимерных материалов, а в предпочтительном варианте из конструкционных пластиков.
В известных решениях электромагнитных расходомеров, в том числе известного из прототипа, из-за различных коэффициентов температурного расширения материалов трубопровода и изолирующего слоя, выполненного виде покрытия, при температурных и/или гидравлических перегрузках возникают значительные механические перегрузки изолирующего материала. Большие внутренние напряжения, вызванные перегрузками в материале изолирующего слоя, механически связанного с трубопроводом, вследствие различия физических свойств материалов, приводят к его усталостному разрушению.
В заявляемой полезной модели изолирующий слой выполнен виде двух свободно перемещающихся относительно друг друга вставок, разделенных между собой по эквипотенциальной относительно электродов плоскости зазором. При этом, зазоры, образованные в местах сопряжения изолирующих вставок разрывают линии напряжения под воздействием, например, температурных или других перегрузок, не вызывая накопления усталости материала изолирующих вставок, которое могло бы произойти при выполнении изолирующего слоя в виде сплошного покрытия или вставки.
Выполнение разделения изолирующего слоя на две изолирующие вставки по эквипотенциальной относительно электродов плоскости позволяет нейтрализовать влияние конструкции на электрические параметры измерительной цепи в силу отсутствия в данном положении разности потенциалов между измеряемой средой и трубопроводом, сохраняя тем самым электрические свойства расходомера без изменения
В случае выполнения поперечного сечения внутреннего канала трубопровода симметричной конфигурации, электрически эквипотенциальная поверхность совпадает с плоскостью симметрии, равноудаленной от электродов.
Сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется Фигурой, на которой представлено поперечное сечение электромагнитного расходомера. Данное решение описывает частную реализацию устройства в соответствии с полезной моделью и не является исчерпывающим описанием возможных реализаций устройства согласно полезной модели.
Электромагнитный расходомер согласно заявленной полезной модели выполнен в виде заключенных, например, в алюминиевый корпус (на Фигуре не показан) электромагнита 6 и помещенного в магнитное поле участка трубопровода 1, выполненного из металлического немагнитного материла, например, немагнитной нержавеющей стали, длиной порядка 20 см и сечением от 4 до 150 мм. С внутренней стороны в трубопровод 1 помещены тонкие, толщиной порядка 3-5 мм, изолирующие вставки 2 и 3, с образованием канала трубопровода, разделенные зазорами 4 вдоль смежных сторон, составляющими менее 0,5 мм и выполненным по эквипотенциальной относительно электродов 5 поверхности. Изолирующие вставки 2, 3, в частности, могут быть выполнены из конструкционных пластиков, например, полифениленсульфида (ПФС, PPS, фортрон) или полифениленсульфона (PPSU) и расположены по внутреннему контуру сечения трубопровода, вдоль внутренней стороны, с образованием поверхности внутреннего изолирующего слоя и обеспечением возможности беспрепятственного протока измеряемой среды во внутреннем объеме трубопровода. Трубопровод 1 размещен между полюсами 7 электромагнита 6. А электроды 5, предназначенные для съема ЭДС сигнала, пропорциональной расходу (скорости) измеряемой среды и соединенные с измерительным преобразователем (на Фигуре не показан), введены во внутренний объем трубопровода 1 через изолирующие вставки 2, 3 и выполнены в плоскости перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита 6, создающего переменное магнитное поле в измеряемой среде. При этом электроды 5 зафиксированы на изолирующих вставках 2, 3 с обеспечением возможности фиксации положения вставок на внутренней поверхности трубопровода.
В качестве электромагнита 6 применимы любые известные в данной области техники устройства, создающие переменное магнитное поел в измеряемой среде и обеспечивающие требуемые расчетные характеристики расходомера.
Принцип работы расходомера основан на явлении индуцирования ЭДС в движущемся в магнитном поле проводнике - измеряемой среде.
Значение индуцируемой ЭДС, пропорциональное скорости (расходу) измеряемой среды, воспринимается электродами и подается на измерительный преобразователь, который преобразует сигнал ЭДС в сигналы, пропорциональные расходу и объему, зависящие от диаметра трубы и скорости потока. Таким образом, качество измерений напрямую зависит от электрических свойств.
Вызываемые в процессе эксплуатации температурные и гидравлические перегрузки, вследствие различных коэффициентов температурного расширения материалов используемых в конструкции трубопровода и изолирующего покрытия, в заявленной конструкции расходомера оказывают соответствующие растягивающие или сжимающие усилия на материал изолирующих вставок. В качестве результирующего влияние данных неблагоприятных воздействий изолирующие вставки осуществляют соответствующее воздействию расширение или сжатие в пределах 0.1-0.2 мм в направлении зазора между ними, что не приводит к разрушению покрытия, нарушению конфигурации силовых линий поля и изменению электрических свойств электромагнитного расходомера.
Таким образом, заявляемое устройство электромагнитного расходомера обеспечивает повышение надежности устройства и его срока службы, без усложнения конструкции изделия и изменения его электрических свойств, виляющих на точность и чувствительность измерений.
1. Электромагнитный расходомер, содержащий заключенные в корпус электромагнит и помещенный в поле электромагнита участок трубопровода, изготовленный из немагнитного материала, с изолирующим слоем из неэлектропороводного материала по внутренней стороне, снабженный электродами, размещенными во внутреннем объеме трубопровода и установленными в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий поля электромагнита, отличающийся тем, что изолирующий слой выполнен составным в виде, по меньшей мере, двух сопряженных изолирующих вставок вдоль внутренней стороны трубопровода, разделенных между собой вдоль смежных сторон зазорами по эквипотенциальной относительно электродов плоскости.
2. Электромагнитный расходомер по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены с обеспечением возможности фиксации местоположения вставок.
3. Электромагнитный расходомер по п.1 или 2, отличающийся тем, что изолирующие вставки выполнены из конструкционных пластиков.
