Устройство для измерения расхода электропроводной жидкости

 

Использование: для измерения расхода и количества вещества в энергетике, теплоснабжении, химической, металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит тело 1 обтекания, установленное по диаметру трубопровода 2, постоянные магниты 3 источника магнитного поля, расположенные на трубопроводе 2 за телом обтекания, индикатор вихрей в виде двух электроконтактных электродов 4, расположенных внутри трубопровода в магнитном слое таким образом, что условная кратчайшая линия, их соединяющая, находится под углом β к диаметру, перпендикулярному оси тела обтекания, и под углом g к направлению магнитного поля, силовые линии которого составляют угол a с диаметром трубопровода, перпендикулярным оси тела обтекания, блок обработки выходного сигнала, при этом значения углов a,β,γ выбирают из условия (90-8,5lgσ) ≅ α,β,γ ≅ 90 град, где σ- электропроводность контролируемой жидкости, а при выполнении трубопровода из токопроводящего материала электроды индикатора вихрей электроизолированы от стенок трубопровода. 1 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидкостей с ионной проводимостью, и может быть использовано для измерения расхода и количества вещества в энергетике, теплоснабжении, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения расхода электропроводной жидкости, содержащее тело обтекания вихреобразующего стержня, установленного по линии диаметра трубопровода, выполненного из немагнитного материала, источник магнитного поля, направленного параллельно оси вихреобразующего стержня, и индикатор вихрей в виде электродов, расположенных на концах диаметра трубопровода, перпендикулярного оси магнитного поля [1] Недостатком этого устройства является высокая чувствительность к общерасходной составляющей индуцированного потенциала.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения расхода электропроводной жидкости, содержащее трубопровод из немагнитного материала, источник магнитного поля, размещенные внутри трубопровода тело обтекания в виде вихреобразующего стержня и индикатор вихрей в виде электродов электроконтактного типа, установленных в магнитном поле, создаваемом источником магнитного поля, а также блок обработки выходного сигнала, подключенный к электродам индикатора вихрей [2] Недостатками прототипа являются строго фиксированная взаимная ориентация частей устройства, сложность его монтажа и, как следствие, большая трудоемкость изготовления.

Любые самые минимальные отклонения при ориентировании в процессе монтажа частей и элементов известного устройства приводят к ухудшению его чувствительности.

Конструкция предлагаемого устройства более технологична, проста в сборке и обеспечивает его высокую чувствительность, а также помехозащищенность.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения расхода электропроводной жидкости, содержащем трубопровод из немагнитного материала, источник магнитного поля, размещенные внутри трубопровода тело обтекания в виде вихреобразующего стержня и индикатор вихрей в виде электродов электроконтактного типа, установленных в магнитном поле, создаваемом источником магнитного поля, а также блок обработки выходного сигнала, подключенный к электродам индикатора вихрей, источник магнитного поля установлен таким образом, что создаваемое им внутри трубопровода магнитное поле направлено под углом α к диаметру трубопровода, перпендикулярному оси вихреобразующего стержня, а электроды индикаторов вихрей установлены на вихреобразующем стержне по ходу движения электропроводной жидкости таким образом, что условная кратчайшая линия, их соединяющая, находится под углом γ к диаметру, перпендикулярному оси вихреобразующего стержня, и под углом β к направлению действия магнитного поля, при этом значения углов α β и γ выбирают из условия (90 8,5 lg σ ) ≅ α β γ ≅ 90 град, (1) где σ электропроводность контролируемой жидкости.

При выполнении трубопровода из токопроводящего материала электроды индикатора вихрей электроизолированы от стенок трубопровода.

В указанном интервале достигается высокая чувствительность к периодической составляющей индуцированного сигнала, возникающей при прохождении вихрей, генерируемых вихреобразующим стержнем в контролируемой области, в которой расположены источник магнитного поля и индикатора вихрей, и высокое отношение, не ниже 5, полезного сигнала S к сигналу N, соответствующему общерасходной составляющей, флуктуациям общерасходной составляющей и наводкам промышленной (50 Гц) и кратных ей частот, возникающих в конструкциях, трубопроводах, соединительных проводах при работе близкорасположенных электродвигателей, электронагревателей, генераторов и т.д. позволяющее детектировать частотную составляющую индуцированного потенциала без применения специальных схем выделения полезного сигнала.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 график изменения сигнала, снимаемого с электродов индикатора вихрей при выполнении условия (1); на фиг. 4 то же, при невыполнении условия (1).

Углы α β γ на фиг. 1 и 2 изображены в виде проекций на плоскость чертежа.

Устройство для измерения расхода электропроводящей жидкости включает тело 1 обтекания, представляющее собой вихреобразующий стержень, в частном случае выполнения цилиндрической формы, установленный по диаметру трубопровода 2. Постоянные магниты 3 источника магнитного поля смонтированы на трубопроводе 2 за вихреобразующим стержнем тела 1 обтекания по ходу движения контролируемой электропроводной жидкости. Постоянные магниты 3 расположены один относительно другого таким образом, что обеспечивают создание магнитного поля, силовые линии которого составляют угол α с диаметром трубопровода 2, перпендикулярным оси тела 1 обтекания.

Индикатор вихрей выполнен в виде двух электроконтактных электродов 4, электроизолированных от стенок трубопровода 2 в случае выполнения трубопровода из токопроводящего материала.

Электроконтактные электроды 4 расположены в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами 3 источника магнитного поля за вихреобразующим стержнем по ходу движения электропроводной жидкости. Относительное расположение электродов 4 таково, что условная кратчайшая линия, их соединяющая, находится под углом β к диаметру, перпендикулярному оси вихреобразующего стержня, и под углом γ к направлению действия магнитного поля.

Электроды 4 подключены к блоку обработки выходного сигнала, служащему для измерения частоты вихреобразования и счета количества периодов.

Значения углов α β γ выбирают из условия (90 8,51 lg σ ) ≅ α β γ ≅ 90 град, где σ электропроводность контролируемой жидкости.

Достоверность указанной зависимости подтверждается графиками, приведенными на фиг. 3 и 4.

Сигнал, снимаемый с электродов 4 индикатора вихрей (фиг. 1), представляет собой совокупность собственных шумов электронных схем, помех промышленной (50 Гц) и кратных ей частот, сигнала, индуцированного общерасходной составляющей, и сигнала, индуцированного межвихревыми перетоками. При этом полезный частотный сигнал, индуцированный перетоками, превышает уровень неинформативных помех не менее чем в 5 раз и легко фиксируется блоком обработки выходного сигнала без применения дополнительных специальных средств.

На фиг. 4 приведен график, представляющий собой сумму таких же сигналов, но при несоблюдении зависимости (1). При этом наблюдается превышение уровня помех над полезным сигналом, что вызывает необходимость использования специальных средств для выделения полезного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Сходящие с разных сторон тела 1 обтекания вихри имеют противоположную закрутку и определяют направление знакопеременного межвихревого перетока контролируемой жидкости в направлении, совпадающем с диаметром трубопровода 2, перпендикулярным оси тела обтекания. Межвихревой переток жидкости и магнитное поле генерируют в контролируемой жидкости знакопеременное электрическое поле, имеющее составляющую в направлении, определяемом углами β и γ превышающую уровень помех, обусловленных общерасходной и флуктуационной составляющей индуцированного потенциала, а также наводками промышленной (50 Гц) и кратными ей частотами, не менее чем в 5 раз. В указанном интервале действия знакопеременного электрического поля с электродов 4 снимают периодический сигнал, частота которого равна частоте вихреобразования. Этот сигнал поступает на блок обработки выходного сигнала, который осуществляет измерение частоты и измерение количества периодов. По значению частоты определяют расход, а по количеству периодов за фиксированный промежуток времени количество протекающей жидкости.

В таблице приведены некоторые конкретные результаты, подтверждающие эффективность работы устройства при условии реализации зависимости (1). Исследования проводились на стальном трубопроводе с внутренним диаметром 50 мм, индукция в центре зазора магнита 360 Гс, электроды изолированы от стенок трубопровода фторопластовыми изоляторами, расход 1-2 м³/ч, что соответствует минимальному числу Рейнольдса, при котором происходят процессы вихреобразования, т.е.

Re (1-2)·10⁴ где Re число Рейндольдса; V скорость набегающего потока, м/с; D диаметр трубопровода, м; ν кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ЖИДКОСТИ, содержащее трубопровод из немагнитного материала, источник магнитного поля, размещенные внутри трубопровода тело обтекания в виде вихреобразующего стержня и индикатор вихрей в виде электродов электроконтактного типа, установленных в магнитном поле, создаваемом источником магнитного поля, а также блок обработки выходного сигнала, подключенный к электродам индикатора вихрей, отличающееся тем, что источник магнитного поля установлен так, что создаваемое им внутри трубопровода магнитное поле направлено под углом α к диаметру трубопровода, перпендикулярному к оси вихреобразующего стержня, а электроды индикаторов вихрей установлены за вихреобразующим стержнем по ходу движения электропроводной жидкости так, что условная кратчайшая линия, их соединяющая, находится под углом b к диаметру, перпендикулярному к оси вихреобразующего стержня, и под углом g к направлению действия магнитного поля, при этом значения углов a,β и γ выбирают из условия (90-8,5lgσ)≅ α,β,γ≅ 90°,
где σ - электропроводность контролируемой жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при выполнении трубопровода из токопроводящего материала электроды индикатора вихрей электроизолированы от стенок трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5