Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей

 

Использование: в измерительной технике для определения расхода электропроводящих жидкостей с применением трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Сущность: измерительный участок трубопровода выполняют из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжают металлическим заземлением. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и чувствительности к малым расходам жидкостей. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода электропроводящих жидкостей с применением трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления.

Известны устройства для измерения расхода электропроводящих жидкостей, основанные на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления (авт. св. СССР 172073, 224826, 470702, 605093, 800650, 815505, 866413, 979860, 1190074, 1290074, 1328675, 1569555, 1668869, 1753281, 1739.203, 1830135; патенты РФ 2017067, 2032713; патенты США 3693439, 3729995, 4210022, 4417479, 4339958, 4590806, 4704907; патенты Великобритании 1165398, 2166550; патент Японии 56-54565; Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989; Никитин В.И. Современные проблемы измерения малых расходов жидкости и газа // Измерительная техника, 1986, 2 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей" (авт. свид. СССР 815 505, G 01 F 1 /58, 1979), которое и выбрано в качестве ближайшего аналога.

Указанное устройство выполнено в виде участка трубы, размещенного между полюсными наконечниками, где у краев одного из полюсных наконечников расположена первая пара магнитодиодов, а у краев другого - вторая пара магнитодиодов аналогично первой, симметрично участку трубы. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.

Магнитодиоды включены таким образом, что пары магнитодиодов находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель и регистрирующий прибор.

Недостатком данного устройства является низкая степень поляризации и как следствие низкая точность и чувствительность к малым расходам жидкости.

Технической задачей изобретения является повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкостей.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения расхода электропроводящих жидкостей с постоянным полем возбуждения, основанном на измерении степени искажения основного магнитного поля потоком контролируемой жидкости, содержащем участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, две пары магниточувствительных элементов, расположенных симметрично у краев первого и второго полюсных наконечников и включенных в четыре смежных плеча уравновешенного четырехплечного моста, блок питания моста и регистрирующий прибор, измерительный участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами.

На фиг. 1 приведена схема размещения магниточувствительных элементов (магнитодиодов) у краев полюсных наконечников электромагнита; на фиг.2 - принципиальная схема включения магнитодиодов; на фиг.3 - разрез измерительного участка трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы.

Устройство выполнено в виде участка трубы 1, размещенного между полюсными наконечниками 2 и 3, где у их краев расположены две пары магнитодиодов 4 и 5, 6 и 7, симметрично участку трубы. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.

Магнитодиоды включены в плечи четырехплечевого моста таким образом, что пары магнитодиодов 4, 5 и 6, 7 находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок 8 питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель 9 и регистрирующий прибор 10.

Измерительный участок 11 трубы 1, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами 12.

Принцип работы устройства основан на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Трибоэлектрический эффект заключается в том, что при трении жидкости о внутреннюю поверхность измерительного участка трубы, выполненного из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, протекающая жидкость заряжается отрицательно, а измерительный участок - положительно. Однако образующиеся положительные заряды нейтрализуют некоторые отрицательные заряды жидкости в соответствии с законом Кулона, что значительно снижает степень поляризации движущейся жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок трубы снабжен заземленными металлическими кольцами.

Следовательно, движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитного поле. Данное магнитное поле, взаимодействуя с постоянным магнитным полем возбуждения, искажает его. Степень искажения пропорциональна скорости (расходу) контролируемой жидкости. В этом проявляется электромагнитное явление.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии магнитного поля (электромагнит отключен) величины сопротивления магнитодиодов равны между собой (Р₄=Р₅=Р₆=P₇), а при наличии магнитного поля (электромагнит включен) и отсутствии жидкости в трубопроводе величины сопротивления магнитодиодов изменяются на ±Р, где знаки ± зависят от напряжения магнитного поля, т.е. от расположения магнитодиодов по отношению к разноименным полюсным наконечникам. Тогда новые значения сопротивления магнитодиодов попарно равны между собой (Р₄=Р₅; Р₆=Р₇), и хотя величины сопротивления одной пары не равны величинам сопротивления другой пары (Р₄= Р₅)≠(Р₆= Р₇), в обоих случаях мост, который состоит из четырех одинаковых магнитодиодов, уравновешен.

При наличии потока жидкости в трубопроводе движущаяся жидкость со скоростью V создает разность потенциалов вследствие трибоэлектрического эффекта. При этом движущаяся жидкость заряжается отрицательно, а на внутренней поверхности трубопровода образуются положительные заряды. Степень поляризации значительно возрастает на измерительном участке 11 трубы 1, который выполнен из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов. В качестве такого материала может быть использован политетрофтороэтилен, нейлон и другие полимеры. Образующиеся положительные заряды нейтрализуют некоторые отрицательные заряды жидкости в соответствии с законом Кулона, что значительно снижает степень поляризации движущейся жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок 11 трубы 1 снабжен заземленными металлическими кольцами 12. Заряды положительного знака внутренней поверхности измерительного участка 11 трубы 1 "стекают" сначала на металлические кольца 12, а затем на землю.

Движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле. Это поле, взаимодействуя с постоянным магнитным полем возбуждения, искажает его. Последнее обстоятельство приводит к изменению сопротивления магнитодиодов в зависимости от расхода контролируемой жидкости и температуры внешней среды или потока жидкости, мост разбалансируется.

Так как при наличии расхода жидкости магнитодиоды 4 и 6, включенные в верхние плечи моста, находятся в идентичных магнитных условиях, а магнитодиоды 5 и 7, включенные в нижние плечи моста, находятся в других идентичных магнитных условиях, то их температурные коэффициенты, соответственно, также будут равны, а следовательно, их чувствительность к изменению температуры одинакова. Следовательно, погрешность от влияния температуры внешней среды или потока электропроводящей жидкости компенсируется.

Изменение сопротивления магнитодиодов зависит только от расхода контролируемой жидкости. У магнитодиодов первой пары сопротивление одного магнитодиода увеличивается, другого - уменьшается, во второй паре - наоборот, что приводит к неравенству величин сопротивлений (Р₄≠Р₅≠Р₆≠Р₇) магнитодиодов с соответствующим увеличением чувствительности. Сигнал в виде напряжения разбаланса с выхода моста, определяемый изменением сопротивления магнитодиодов, однозначно зависит от расхода жидкости, усиливается усилителем 9 и подается на регистрирующий прибор 10.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкостей. Это достигается тем, что измерительный участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей с постоянным полем возбуждения, основанное на измерении степени искажения основного магнитного поля потоком контролируемой жидкости, содержащее участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, две пары магниточувствительных элементов, расположенных симметрично у краев первого и второго полюсных наконечников и включенных в четыре смежных плеча уравновешенного четырехплечного моста, блок питания моста и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что измерительный участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибостатической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3