Способ определения расхода жидкости в трубопроводе

 

Использование: в измерительной технике для определения расхода жидкости с применением трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Сущность: измерительный участок трубопровода выполняют из полимерного материала с высокой трибоэлектрической 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 жидкости. 2 ил.

Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для измерения расхода жидкости с применением трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления.

Известны способы определения расхода жидкости, основанные на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления (авт. свид. СССР 172073, 224826, 317902, 1185090, 1394041, 1482264, 1649279, 1812433; патенты РФ 2005995, 2023985; патенты США 4210022, 4339958, 4704907; патенты Великобритании 1165398, 2166550; патент ФРГ 2756873; патент Японии 56-54566; Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989; Лобачев П.В. Водомеры для водопроводов и канализации. - М., 1969; Никитин В.И. Современные проблемы измерения малых расходов жидкости и газа // Измерительная техника, 1986, 2 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является "Способ определения расхода жидкости в трубопроводе" (авт. свид. СССР 1812433, G 01 F 1/58, 1989), который и выбран в качестве ближайшего аналога.

Данный способ основан на том, что движущаяся жидкость трется о стенки трубопровода. Вследствие сопротивления трубопровода возникает разность потенциалов, а движущаяся жидкость представляет систему движущихся зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле, величина которого пропорциональна скорости (расходу) измеряемой жидкости.

Недостатком данного способа 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 жидкости.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу определения расхода жидкости в трубопроводе, заключающемся в том, что выделяют напряженность магнитного поля в любой точке по периметру измерительного сечения трубопровода, связанную с электрическим зарядом жидкости и преобразовывают ее с помощью трансформатора тока, охватывающего трубопровод, в электрический сигнал, пропорциональный расходу, измерительный участок трубопровода выполняют из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов и снабжают его металлическим заземлением, обеспечивая тем самым высокую степень поляризации движущейся жидкости.

Предлагаемый способ основан на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Трибоэлектрический эффект заключается в том, что при трении жидкости о внутреннюю поверхность измерительного участка трубопровода, выполненного из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью, протекающая жидкость заряжается отрицательно, а измерительный участок - положительно. При этом форма внутреннего сечения измерительного участка 9 трубопровода 1 в виде последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов обеспечивает увеличение степени трибоэлектризации и повышенный заряд протекающей жидкости. Однако противоположные заряды снижают степень поляризации протекающей жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок трубопровода снабжают металлическим заземлением.

Следовательно, движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле, величина которого пропорциональна скорости (расходу) измеряемой жидкости. В этом проявляется электромагнитное явление.

Предлагаемый способ реализуется устройством, структурная схема которого представлена на фиг. 1. На фиг. 2 изображен разрез трубопровода 1 и ферритового кольца 2.

Устройство содержит трубопровод 1, на котором коаксиально установлено ферритовое кольцо 2 с обмоткой 3, помещенной в экран 4 с щелью 5. Обмотка 3 подключена к измерительному блоку 6, состоящему из усилителя 7 и регистратора 8. Трубопровод 1 содержит измерительный участок 9, выполненный из полимерного материала с высокой трибоэлектрической стабильностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабженный металлическим заземлением. Сильную положительную трибоэлектрическую зарядную тенденцию имеют многие полимерные материалы, например политетрафтороэтилен, нейлон и другие. В качестве металлического заземления используют металлические кольца 10, имеющие контакт с землей.

Способ осуществляется следующим образом.

Движущаяся жидкость со скоростью V трется о внутреннюю стенку трубопровода 1. Вследствие трибоэлектрического эффекта возникает разность потенциалов. При этом движущаяся жидкость электризуется с отрицательным знаком электрических зарядов. Одновременно с этим на внутренней стенке трубопровода 1 образуются заряды противоположного знака по сравнению со знаком заряда движущейся жидкости. Степень поляризации значительно возрастает на измерительном участке 9 трубопровода 1, который выполнен из полимерного материала и с внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов. В качестве такого материала может быть использован нейлон, политетрафтороэтилен и другие полмеры. 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 9 трубопровода 1 снабжен заземленными металлическими кольцами 10. Заряды положительного знака внутренней поверхности измерительного участка 9 трубопровода 1 стекают сначала на металлические кольца 10, а затем на землю.

Движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле, величина которого пропорциональна скорости V (расходу) измеряемой жидкости.

Величина напряженности магнитного поля Н равна H=I/2r, где I - величина конвективного тока; r - расстояние от поверхности трубопровода до его оси.

При движении жидкости по трубопроводу 1 возникает переменное магнитное поле вокруг измерительного участка 9 трубопровода 1. Это поле создает в обмотке 3, намотанной на ферритовое кольцо 2, ЭДС. Сигнал с выхода обмотки 3 поступает на вход измерительного блока 6, в котором сигнал усиливается в усилителе 7 и фиксируется в регистраторе 8.

Величина сигнала пропорциональна скорости V (расходу) жидкости.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность и чувствительность к малым расходам жидкости. Это достигается использованием измерительного участка трубопровода, выполненного из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и металлического заземления, обеспечивающего высокую степень поляризации движущейся жидкости.

Формула изобретения

Способ определения расхода жидкости в трубопроводе, заключающийся в том, что выделяют напряженность магнитного поля в любой точке по периметру измерительного сечения трубопровода, связанную с электрическим зарядом жидкости, преобразуют ее с помощью трансформатора тока, охватывающего трубопровод, в электрический сигнал, пропорциональный расходу, отличающийся тем, что измерительный участок трубопровода выполняют из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжают его металлическим заземлением, обеспечивая тем самым высокую степень поляризации движущейся жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2