SU1753280A1 - Electromagnetic flowmeter sensor - Google Patents

Abstract

Использование: измерение расхода электропроводной жидкости. Сущность изобретени : введение в магнитопровод четырех плоских пластин, соедин ющих скобы магнитопровода, обеспечение оптимального соотношени  размеров поперечного сечени  пластин и скоб магнитопровода, а также соотношение размеров полюсных наконечников магнитопровода и внутреннего диаметра трубопровода обеспечивают повышение точности измерени  за счет более оптимального распределени  магнитной пол , при этом упрощаетс  конструкци  датчика и улучшаетс  технологичность. 2 ил.Use: measurement of the flow of electrically conductive fluid. Summary of the Invention: The introduction of four flat plates into the magnetic circuit connecting the magnetic core brackets, ensuring the optimum cross-sectional dimensions of the plates and the magnetic core brackets, as well as the ratio of the sizes of the pole tips of the magnetic core and the internal diameter of the pipeline provide improved measurement accuracy due to this simplifies the design of the sensor and improves manufacturability. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к измерению расхода электропроводной жидкости.The invention relates to the measurement of the flow rate of an electrically conductive fluid.

Известен датчик расходомера, имеющий Ill-образную магнитную систему с катушками возбуждени , витки которых расположены в параллельных плоскост х (плоские катушки), и электроды. Известные датчики примен ют дл  измерени  расхода в трубах малых диаметров (до 25 мм). Полосы магнитопровода имеют плоскую поверхность по ширине, равной не менее диаметра трубопровода, благодар  чему обеспечиваетс  хороша  однородность магнитного пол  в канале расходомера,A flowmeter sensor is known that has an Ill-shaped magnetic system with excitation coils whose coils are arranged in parallel planes (flat coils) and electrodes. The known sensors are used to measure the flow rate in pipes of small diameters (up to 25 mm). The magnetic strips have a flat surface with a width equal to not less than the diameter of the pipeline, which ensures good uniformity of the magnetic field in the flow meter channel

Однако данный датчик обладает недостаточной точностью из-за зависимости показаний от изменени  профил  скорости потока. Кроме того, применение Ill-образных магнитных систем в расходомерах с диаметрами канала более 25 мм приводит к громоздкой конструкции прибора.However, this sensor has insufficient accuracy due to the dependence of the readings on the change in the flow velocity profile. In addition, the use of Ill-shaped magnetic systems in flowmeters with channel diameters greater than 25 mm leads to a bulky device design.

Известен также датчик расходомера с неоднородным магнитным полем. Этот датчик не чувствителен к изменению профил  скорости потока. Он содержит отрезок трубопровода с двум  электродами, две катушки возбуждени , образующие в поперечном сзчении окружность со стороны трубопровода и эллипсы с противоположной стороны , и магнитопровод. Магнитопровод огибает возбуждени  по внешней стороне и повтор ет форму внешней поверхности катушек .Also known is a flow meter sensor with a non-uniform magnetic field. This sensor is not sensitive to changes in flow velocity profile. It contains a segment of a pipeline with two electrodes, two excitation coils, forming in a cross section a circle on the side of the pipeline and ellipses on the opposite side, and a magnetic circuit. The magnetic circuit bends around the excitation on the outside and repeats the shape of the outer surface of the coils.

Изготовление катушек возбуждени  и магнитопровода данного расходомера с неоднородным полем трудоемко, проводитс  вручную с применением специальных шаблонов.The manufacture of the excitation coils and the magnetic circuit of this flowmeter with a non-uniform field is laborious, and is carried out manually using special templates.

Кроме того, такое изготовление приводит к большому разбросу параметров приборов , что снижает точность измерени , значительно затрудн ет обеспечение взаимозамен емости и применение беспроливной градуировки.In addition, such fabrication leads to a large scatter of instrument parameters, which reduces the measurement accuracy, making it difficult to ensure interchangeability and the use of non-calibration calibration.

Известен также датчик расходомера с неоднородным магнитным полем, содержащий отрезок трубопровода с двум  электродами две катушки возбуждени , поперечное сечение которых имеет вид пр моугольника , все нитки катушек расположены в параллельных плоскост х .Магнитопро- еод, охватывающий катушки, состоит из двух скоб С-образной формы, выполненный из стальной ленты. Кажда  скоба имеет изогнутые внутрь катушек концы, направлен- ные на встречу друг другу и расположенные на одной пр мой линии, перпендикул рной линии соедин ющей электроды,Also known is a sensor of a flow meter with a non-uniform magnetic field, which contains a segment of a pipeline with two electrodes, two excitation coils, the cross section of which has the shape of a rectangle, all the coil threads are arranged in parallel planes. mold made of steel tape. Each bracket has bent inward ends of the coils, directed toward each other and located on the same straight line, perpendicular to the line connecting the electrodes,

Ширина полюса равна двойной толщине скобы магнитопровода и рассто нию между скобами.The width of the pole is equal to twice the thickness of the magnetic bracket and the distance between the brackets.

Недостатком известного датчика электромагнитного расходомера  вл етс  сложность размещени  узла ввода электрода, при расширении же этих целей рассто ние между скобами не удаетс  обеспечить необходимую топографию пол . В- случае применени  съемных электродов практическа  реализаци  конструкции узла ввода электрода осложн етс  еще больше. Недостат- ком конструкции прототипа следует считать трудность обеспечени  надежного креплени  концов скоб (к тому же обращенных внутрь катушек возбуждени ), что может привести к изменению их взаимного распо- ложени  (например, из-за листовой конструкции магнитопровода) или изменению их расположени  по отношению к каналу расходомера в процессе эксплуатации. В итоге от этого может изменитьс  градуировка рас- ходомера, котора  характеризует его точность .A disadvantage of the known sensor of an electromagnetic flowmeter is the difficulty of locating the electrode insertion unit, while expanding these objectives, the distance between the brackets does not provide the necessary field topography. In the case of using removable electrodes, the practical implementation of the design of the electrode insertion unit is further complicated. A disadvantage of the prototype design is that it is difficult to ensure reliable fastening of the ends of the brackets (besides facing the inside of the excitation coils), which can lead to a change in their relative position (for example, due to the sheet structure of the magnetic core) or change in their location relative to channel flow meter during operation. As a result, this can change the calibration of the flow meter, which characterizes its accuracy.

Недостатком также  вл етс  исполнение магнитопровода (скоб С-образной фор- мы)из стальной ленты,.что усиливает второй недостаток, а также увеличивает трудоемкость и сложность в изготовлении, недостаток прототипа основан на утверждении, что ширина полосы равна двойной толщине скобы магнитопровода и рассто ние между скобами-. При этом невозможно получить необходимое оптимальное распределение магнитного пол  дл  всех типоразмеров датчиков (в лучшем случае только дл  двух смежных типоразмеров). При этом невозможно унифицировать конструкцию (например , по толщине скоб), котора  бы обеспечивала физическое подобие, св зывающее геометрию катушек, геометрию магнитопровода, с потребл емой мощностью , индукцией магнитного пол , а также с распределением пол  в активной зоне датчика , т. е, прин та  концепци  не позволит одновременно с унификацией конструкции при одинаковой потребл емой мощности дл  каждого типоразмера получить одинаковую чувствительность датчика, а также оптимальное распределение пол , обеспечивающее одинаковую; инвариантность к изменению профил  скорости потока .A disadvantage is also the design of the magnetic circuit (C-shaped brackets) made of steel tape, which reinforces the second disadvantage and also increases the complexity and complexity of manufacturing, the prototype disadvantage is based on the statement that the width of the strip is equal to twice the thickness of the magnetic core bracket and between the staples -. At the same time, it is impossible to obtain the necessary optimal distribution of the magnetic field for all sensor sizes (at best, only for two adjacent sizes). At the same time, it is impossible to unify the design (for example, the thickness of the staples), which would provide physical similarity connecting the coil geometry, magnetic core geometry, with the power consumed, magnetic field induction, as well as with the field distribution in the active zone of the sensor, i.e. The concept adopted will not allow, at the same time, with the unification of the design, with the same power consumption for each standard size, obtaining the same sensitivity of the sensor as well as the optimal distribution of the field ensuring the same; invariance to change the flow velocity profile.

Цель изобретени  - повышение точности , упрощение конструкции и улучшение технологичности.The purpose of the invention is to improve accuracy, simplify the design and improve manufacturability.

Поставленна  цель достигаетс  тем. что датчик электромагнитного расходомера, содержащий трубопровод с двум  электродами , размещенными по его диаметру, две катушки возбуждени  и магнитопровод, распсложенный на трубопроводе и выполненный из двух одинаковых скоб, близлежащие пары концов которых охватывают катушки возбуждени , магнитопровод дополнительно содержит четыре плоские пластины ,соедин ющиескобы магнитопровода, при этом две пластины расположены в области полюсов магнитопровода параллельно линии размещени  электродов, а две другие - перпендикул рно этой линии в местах расположени  элек- тродов, причем размер поперечного сечени  каждой пластины не менее размера поперечного сечени  скобы магнитопровода , а ширина Li и длина La полюсных наконечников магнитопровода св заны с внутренним диаметром трубопровода соотношениемThe goal is achieved by those. that the sensor of an electromagnetic flowmeter containing a pipeline with two electrodes placed along its diameter, two excitation coils and a magnetic conductor arranged on the pipeline and made of two identical brackets, the adjacent pairs of ends of which cover the excitation coils, the magnetic conductor additionally contains four flat plates connecting the magnetic cores , while the two plates are located in the region of the poles of the magnetic circuit parallel to the line of placement of the electrodes, and the other two - perpendicular to this line and in the locations of the electrodes, the cross-sectional size of each plate is not less than the cross-sectional size of the magnetic core bracket, and the width Li and the length La of the pole tips of the magnetic circuit are related to the internal diameter of the pipeline

Li -L2Li -L2

DvDv

0,2-0,25, 0.2-0.25,

где Li и La - соответственно ширина и длина вдоль оси канала полюсов магнитопровода;where Li and La are respectively the width and length along the channel axis of the magnetic circuit poles;

Dy - внутренний диаметр канала датчика .Dy is the internal diameter of the sensor channel.

Существенным отличием предложенного устройства по сравнению с прототипом  вл етс  упрощение конструкции узла ввода электрода, повышение надежности креп- лени  магнитопровода, улучшение технологичности в изготовлении, унификаци  элементов конструкции, улучшение метрологических качеств и метрологической надежности за счет применени  монолитной структуры элементов конструкции магнитопровода , оптимального выбора их геометрических размеров и способа креплени .The essential difference between the proposed device and the prototype is to simplify the design of the electrode insertion unit, increase the reliability of the magnetic core fastening, improve manufacturability, make structural elements unified, improve metrological qualities and metrological reliability by using the monolithic structure of the magnetic circuit structural elements. geometrical dimensions and method of attachment.

На фиг. 1 представлен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - форма одной половины магнитопровода.FIG. 1 shows the proposed sensor; in fig. 2 - the shape of one half of the magnetic circuit.

Магнитопровод, состо щий из четырех одинаковых скоб 1, попарно жестко скрепленных пластинами 2, крепитс  через приварные кронштейны 3 к трубопроводу 4, одновременно обе половины магнитопровода  вл ютс  надежным креплением катушек 5 относительно трубопровода 4, охватьша  их в замок, при этом пр моугольные полюса магнитопровода фиксируют катушки 5 через пр моугольные отверсти  в их центре, предотвраща  перемещение в четырех возможных степен х свободы (по объемным координатам и вращению относительно оси катушек). В области креплени  электродов 6 половины магнитопровода образуют разрыв , в котором свободно размещаетс  бобышка 7, через которую осуществл етс  типовое изолирующее крепление электрода 6 в трубопроводе 4The magnetic circuit, consisting of four identical brackets 1, rigidly fastened together by plates 2, is fastened through welding arms 3 to the pipeline 4, at the same time both halves of the magnetic conductor are securely mounted to the coils 5 relative to the pipeline 4, with the rectangular poles of the magnetic core coils 5 are fixed through rectangular holes in their center, preventing movement in four possible degrees of freedom (in terms of volume coordinates and rotation relative to the axis of the coils). In the area of attachment of the electrodes 6, half of the magnetic circuit forms a gap in which the boss 7 is freely placed, through which the typical insulating fixing of the electrode 6 is carried out in the pipeline 4

Таким образом, за счет разрыва имеетс  возможность максимально приблизить к трубопроводу 4 концы половин магнитопровода , что позвол ет получить оптимальное распределение магнитного пол  в активной зоне канала датчика.Thus, due to the rupture, it is possible to bring as close as possible to the pipeline 4 ends of the halves of the magnetic conductor, which allows to obtain an optimal distribution of the magnetic field in the active zone of the sensor channel.

Магнитна  цепь обеих половин магнитопровода замыкаетс  с помощью пластин 8 (пр моугольной или круглой формы). Пластины 2 и 8 изготавливаютс  из магнитом г- кога материала, как и магнитопровод, причем их сечение выбрано не менее сечени  магнитопровода В пластинах 8 имеютс  круглые отверсти , обеспечивающие свободный доступ к электродам 6, что очень важно дл  контрол  в процессе эксплуатации сопротивлени  изол ции электродов 6 относительно корпуса, а в случае сменных электродов такое конструктивное меропри тие просто необходимоThe magnetic circuit of both halves of the magnetic circuit is closed by means of plates 8 (rectangular or round shape). Plates 2 and 8 are made of magnet hcc material, as well as the magnetic core, and their cross section is chosen not less than the cross section of the magnetic circuit. The plates 8 have round holes that provide free access to the electrodes 6, which is very important to control the insulation resistance of electrodes during operation. 6 relative to the housing, and in the case of replaceable electrodes such a constructive measure is simply necessary

На фиг. 2 показана форма одной половины магнитопровода ширина пр моугольногополюсногонаконечника магнитопровода и его прот женность La вдоль оси канала.FIG. Figure 2 shows the shape of one half of the magnetic core, the width of the rectangular pole of the magnetic core, and its extension La along the channel axis.

Основное преимущество предлагаемой конструкции заключаетс  в обеспечении соотношений геометрической формы катушек магнитопровода и количества витков, которое , в свою очередь, обеспечивает физическое пособие различных типоразмеров по чувствительности, оптимальному распределению пол  при одинаковой потребл емой мощности.The main advantage of the proposed design is to provide the ratios of the geometrical shape of the magnetic coils and the number of turns, which, in turn, provides a physical benefit of various sizes in sensitivity, optimal distribution of the floor at the same power consumption.

Дл  достижени  этой цели должны выполн тьс  следующие соотношени : Li -L.2To achieve this goal, the following relationships should be met: Li-L.2

D,D,

,2-0,25,, 2-0.25,

где U и L2 - соответственно ширина полюсного наконечника магнитопровода и его прот женность вдоль оси канала;where U and L2 are respectively the width of the pole tip of the magnetic circuit and its extension along the channel axis;

Dy - диаметр условного прохода.Dy is the diameter of the nominal passage.

В пространстве между скобами могут быть расположены крепежные детали и устройства , выполненные из немагнитных материалов . Из ферромагнитного материала выполн ютс  только скобы и пластины маг- нитопровода. Электропроводна  жидкостьIn the space between the brackets can be located fasteners and devices made of non-magnetic materials. Of the ferromagnetic material, only the staples and the magnetic core plates are made. Electrically conductive fluid

при своем движейии пересекает магнитное поле. В соответс тайи с законом электромагнитной индукции ток, возникающий в жидкости , перпен д 1Т л 1рен направлению движению последней и направлению магнитного пол .during its motion crosses the magnetic field. In accordance with Tayi with the law of electromagnetic induction, the current arising in the liquid is perpendicular to the current of movement of the latter and to the direction of the magnetic field.

Индуктируема  ЭДС пропорциональна скорости движени  жидкости и снимаетс  с электродов 6.The induced emf is proportional to the velocity of the fluid and is removed from the electrodes 6.

Использование изобретени  позволитThe use of the invention will allow

повысить точностьйзмерени  за счет более оптимального распределени  магнитного пол , повысить метрологическую надежность за счет более жесткой фиксации магнитопровода и катушек относительноto improve the accuracy of measurement due to a more optimal distribution of the magnetic field, to increase the metrological reliability due to more rigid fixation of the magnetic circuit and the coils relative to

канала расходомера, более эффективно примен ть (повЙбйТчГточность) беспроливный метод градуировки и поверки, при этом одновременно упрощаетс  конструкци  датчика и улучшалс  технологичность в изготовлении .the flow meter channel, it is more efficient to use (a high-precision) non-spraying method of calibration and verification, while at the same time simplifying the design of the sensor and improving manufacturability in manufacturing.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Датчик электромагнитного расходомера , содержащий трубопровод с двум  электродами , размещенными по его диаметр;,, две катушки возбуждени  и магнитопровод, расположенный на трубопроводе и выполненный из двух одинаковых скоб, близлежащие пары концов которых охватывают катушки возбуждени , о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью повышени  точности, упрощени  конструкции и улучшени  технологичности , магнитопровод дополнительноAn electromagnetic flowmeter sensor containing a pipeline with two electrodes placed along its diameter ;, two excitation coils and a magnetic conductor located on the pipeline and made of two identical clips, the adjacent pairs of ends of which cover the excitation coils, about so that, in order to increase accuracy, simplify the design and improve manufacturability, the magnetic core is additionally содержит четыре плоские пластины, соедин ющие скобы магнитопровода, при этом две пластины расположены в области полюсов магнитопровода параллельно линии размещени  электродов, а две другие - перпендикул рно к этой линии в местах расположени  электродов, причем размер поперечного сечени  каждой пластины не менее размера поперечного сечени  скобы магнитопровода, а ширина LI и длина Цcontains four flat plates connecting the magnetic core brackets, while two plates are located in the region of the magnetic poles parallel to the electrode placement line, and the other two are perpendicular to this line at the electrodes, and the cross section of each plate is not less than the cross section of the bracket the magnetic circuit, and the width LI and length C полюсных наконечников магнитопровода св заны с внутренним диаметром Dy трубопровода следующим соотношением: Li -L2the pole pieces of the magnetic circuit are connected to the internal diameter Dy of the pipeline by the following relationship: Li-L2 Dv2Dv2 0,2-0,25.0.2-0.25. &%zzzzz$ $№.1&% zzzzz $ $ №.1