RU2241961C2

RU2241961C2 - Electromagnetic flowmeter

Info

Publication number: RU2241961C2
Application number: RU2003101851/28A
Authority: RU
Inventors: И.Д. Вельт (RU); И.Д. Вельт; Ю.В. Михайлова (RU); Ю.В. Михайлова
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: device can be used for measuring flow rate of liquids having ionic conduction. Flowmeter has two electrodes to contact with outer wall of pipeline 's part made of non-ferrous material. Additional electrode is introduced into wall of pipeline until pipeline meets liquid to be measured. Additional electrode is isolated from pipeline by insulating sleeve and connected with one of inputs of comparator. Second input of comparator is connected with one of two electrodes located closer to additional electrode than the other one. Internal surface of channel of insulating sleeve has flange which size is equal or exceeds triple diameter of contact surface.

EFFECT: simplified design; improved reliability.

1dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей в трубопроводах. Известны электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей, имеющие участок трубопровода из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом, электромагнитную систему (индуктор), обеспечивающую в канале магнитное поле, электроды, контактирующие с измеряемой жидкостью, и измерительное устройство [1].The invention relates to instrumentation, in particular to the field of flow measurement by the electromagnetic method, and can be used to measure the flow rate of electrically conductive fluids in pipelines. Known electromagnetic flow meters for measuring the flow rate of electrically conductive liquids having a pipe section of non-magnetic material, the inner surface of which is coated with an insulating material, an electromagnetic system (inductor) that provides a magnetic field in the channel, electrodes in contact with the measured liquid, and a measuring device [1].

Недостатком таких расходомеров является необходимость в изоляционном покрытии внутренней поверхности канала, которое усложняет изготовление прибора и, кроме того, снижает надежность работы расходомера при измерении пульп, цементных растворов и других сред, обладающих повышенными абразивными свойствами.The disadvantage of such flowmeters is the need for an insulating coating on the inner surface of the channel, which complicates the manufacture of the device and, in addition, reduces the reliability of the flowmeter when measuring pulps, cement mortars and other media with increased abrasive properties.

Этот недостаток устранен в электромагнитном расходомере, предназначенном для измерения расхода жидкостей с высокой электропроводностью, например жидких металлов [2].This disadvantage is eliminated in an electromagnetic flowmeter designed to measure the flow rate of liquids with high electrical conductivity, such as liquid metals [2].

Электромагнитный расходомер имеет участок трубопровода, выполненный из немагнитного электропроводного материала (металла), индуктор магнитного поля, генератор переменного тока, компаратор, трансформатор тока и два электрода, подсоединенных к внешней стенке трубопровода в центральном его сечении по линии, перпендикулярной магнитному полю и оси трубопровода.An electromagnetic flow meter has a pipeline section made of non-magnetic electrically conductive material (metal), a magnetic field inductor, an alternator, a comparator, a current transformer and two electrodes connected to the external wall of the pipeline in its central section along a line perpendicular to the magnetic field and the axis of the pipeline.

Расходомер работает следующим образом.The flow meter operates as follows.

При движении по трубопроводу жидкого металла, в нем и в стенках трубопровода образуется электрическое поле, обусловленное взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора. Поскольку трубопровод неподвижен относительно магнитного поля, а измеряемая среда перемещается, то на основании явления электромагнитной индукции в жидкости наводится электрическое поле, образуются электрические токи, затекающие в стенки трубопровода, т.к. стенки имеют хороший электрический контакт с измеряемой средой. К двум электродам подводится ток обратной связи такой величины, при которой обеспечивается минимальный обмен электрическими токами между стенкой канала и измеряемой средой. При этом ток обратной связи служит мерой расхода жидкости в канале.When moving through a pipeline of liquid metal, an electric field is formed in it and in the walls of the pipeline, due to the interaction of the fluid flow with the magnetic field of the inductor. Since the pipeline is stationary relative to the magnetic field, and the medium being measured moves, then, on the basis of the phenomenon of electromagnetic induction, an electric field is induced in the liquid, and electric currents flow into the walls of the pipeline, because the walls have good electrical contact with the medium. A feedback current of such magnitude is supplied to the two electrodes that ensures a minimum exchange of electric currents between the channel wall and the medium being measured. In this case, the feedback current is a measure of the flow rate of the liquid in the channel.

Таким образом, электромагнитный расходомер обеспечивает измерение расхода без электроизоляционного покрытия внутренней поверхности канала трубопровода. Этот расходомер обладает высокой чувствительностью, когда электропроводность измеряемой среды близка или выше электропроводности стенки трубопровода.Thus, an electromagnetic flow meter provides a flow measurement without an electrical insulating coating on the inner surface of the pipeline channel. This flow meter is highly sensitive when the electrical conductivity of the medium being measured is close to or higher than the electrical conductivity of the pipe wall.

Недостатком такого электромагнитного расходомера является практическая невозможность измерения жидкостей с ионной электропроводностью типа воды, водных растворов, кислот, щелочей и т.п., электропроводность которых на несколько порядков ниже электропроводности металлов.The disadvantage of such an electromagnetic flow meter is the practical impossibility of measuring liquids with ionic conductivity such as water, aqueous solutions, acids, alkalis, etc., whose conductivity is several orders of magnitude lower than the conductivity of metals.

Данное изобретение решает задачу измерения расхода электропроводных жидкостей типа воды, водных растворов и т.п. без применения электроизоляционного покрытия внутренней поверхности канала трубопровода.This invention solves the problem of measuring the flow rate of electrically conductive liquids such as water, aqueous solutions, etc. without the use of an insulating coating on the inner surface of the pipeline channel.

Электромагнитный расходомер, выполненный по предлагаемому изобретению, содержит участок трубопровода, выполненный из немагнитного электропроводного материала (металла), магнитную систему (индуктор), обеспечивающую магнитное поле в канале трубопровода, два электрода, подсоединенных к внешней поверхности стенки трубопровода в центральном его сечении по линии, перпендикулярной магнитному полю и оси трубопровода, компаратор и генератор тока. Кроме того, расходомер имеет дополнительный электрод, изолированно введенный в стенку трубопровода до контакта с измеряемой жидкостью и соединенный с одним из входов компаратора, причем второй вход компаратора соединен с одним из электродов, контактирующим с наружной стенкой трубопровода и расположенным ближе другого к дополнительному электроду.An electromagnetic flow meter, made according to the invention, contains a pipeline section made of non-magnetic electrically conductive material (metal), a magnetic system (inductor) providing a magnetic field in the pipeline channel, two electrodes connected to the outer surface of the pipeline wall in its central section along the line, perpendicular to the magnetic field and the axis of the pipeline, comparator and current generator. In addition, the flowmeter has an additional electrode, isolated into the pipe wall before contact with the measured liquid and connected to one of the inputs of the comparator, the second input of the comparator connected to one of the electrodes in contact with the outer wall of the pipe and located closer to the additional electrode.

На чертеже приведена схема описанного расходомера. Расходомер содержит индуктор магнитного поля 6, участок трубопровода 1, выполненный из немагнитной стали, дополнительный электрод 3, контактирующий с измерительной средой 7 и изолированный от металлического трубопровода 1 электроизоляционной втулкой 2, у которой имеется отбортовка 11, опоясывающая контактную поверхность дополнительного электрода. К электродам 4 и 5 подсоединен генератор тока 9, который управляется компаратором 8. Вход компаратора 8 подсоединен к дополнительному электроду 3 и к электроду 4.The drawing shows a diagram of the described flow meter. The flowmeter contains a magnetic field inductor 6, a portion of the pipe 1 made of non-magnetic steel, an additional electrode 3 in contact with the measuring medium 7 and isolated from the metal pipe 1 by an electrical insulating sleeve 2, which has a flange 11, encircling the contact surface of the additional electrode. A current generator 9 is connected to the electrodes 4 and 5, which is controlled by the comparator 8. The input of the comparator 8 is connected to the additional electrode 3 and to the electrode 4.

При движении по трубопроводу 1 жидкости в ней и стенках трубопровода наводится электрическое поле, обусловленное взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора 6. Напряженность электрического поля пропорциональна индукции магнитного поля и скорости потока. Под действием этого электрического поля в жидкости и стенках трубопровода протекают циркуляционные токи. Вследствие того, что электропроводность измеряемой среды во много раз ниже электропроводности стенки трубопровода, стенки оказывают сильное шунтирующее влияние на индуцированный в жидкости сигнал. Часть этого сигнала обнаруживается в виде разности потенциалов ΔU между дополнительным электродом 3 и электродом 4. Величина ΔU пропорциональна индукции магнитного поля, скорости потока измеряемой среды и электропроводности измеряемой среды. Величина разности потенциалов ΔU тем больше, чем больше диаметр отбортовки изолирующей втулки вокруг контактной поверхности дополнительного электрода. Для нормальной и устойчивой работы расходомера вполне достаточно иметь отбортовку с размером диаметра более трех диаметров контактной поверхности дополнительного электрода. Компаратор 8 усиливает воспринимаемую им разность потенциалов ΔU и преобразует ее в ток генератора 9, пропускаемый через электроды 4 и 5 и стенки трубопровода. Этот ток является током отрицательной обратной связи расходомера. По мере увеличения тока через электроды 4 и 5 уменьшается шунтирующее воздействие стенками трубопровода индуцированной в жидкости напряженности электрического поля, уменьшаются циркуляционные токи между жидкостью и стенками трубопровода, при этом уменьшается разность потенциалов ΔU между электродами 3 и 4. При достижении минимального обмена циркуляционными токами между жидкостью и стенками трубопровода наступает баланс системы с обратной связью, которой является рассматриваемый расходомер, а мерой расхода служит ток обратной связи, генерируемый генератором 9.When moving through the pipeline 1 fluid in it and the walls of the pipeline induces an electric field due to the interaction of the fluid flow with the magnetic field of the inductor 6. The electric field is proportional to the induction of the magnetic field and the flow velocity. Under the influence of this electric field, circulation currents flow in the fluid and the walls of the pipeline. Due to the fact that the electrical conductivity of the measured medium is many times lower than the electrical conductivity of the pipe wall, the walls have a strong shunt effect on the signal induced in the liquid. Part of this signal is detected in the form of a potential difference ΔU between the additional electrode 3 and electrode 4. The value ΔU is proportional to the induction of the magnetic field, the flow rate of the measured medium and the electrical conductivity of the measured medium. The potential difference ΔU is greater, the larger the diameter of the flanging of the insulating sleeve around the contact surface of the additional electrode. For normal and stable operation of the flowmeter, it is quite enough to have a flange with a diameter size of more than three diameters of the contact surface of the additional electrode. The comparator 8 amplifies the potential difference ΔU perceived by it and converts it into the current of the generator 9, passed through the electrodes 4 and 5 and the walls of the pipeline. This current is the negative feedback current of the flowmeter. As the current through the electrodes 4 and 5 increases, the shunting effect of the electric field induced in the liquid by the walls of the pipeline decreases, the circulation currents between the liquid and the walls of the pipe decrease, and the potential difference ΔU between the electrodes 3 and 4 decreases. When the minimum exchange of circulation currents between the liquid is reached and the walls of the pipeline balance the system with feedback, which is the flow meter in question, and the feedback current, g generated by the generator 9.

Электромагнитный расходомер, выполненный по данному изобретению, может найти применение при измерении пульп, цементных растворов и других сред, обладающих повышенной абразивностью.An electromagnetic flow meter, made according to this invention, can find application in the measurement of pulps, cement mortars and other environments with high abrasiveness.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989, с. 408-434.1. Kremlin P.P. Flow meters and quantity counters. - L .: Engineering, 1989, p. 408-434.

2. Электромагнитный расходомер. Изобретение СССР №684312, G 01 F 1/58, Бюллетень №33, 1979.2. Electromagnetic flowmeter. The invention of the USSR No. 684312, G 01 F 1/58, Bulletin No. 33, 1979.

Claims

An electromagnetic flowmeter containing a portion of the pipeline made of non-magnetic metal, a magnetic excitation system, two electrodes in contact with the conductive surface of the pipeline, a comparator, a current generator, characterized in that the flowmeter has an additional electrode insulated into the pipe wall before contact with the measured liquid and connected to one of the inputs of the comparator, the second input of the comparator connected to one of the electrodes in contact with the outer wall of the pipeline and Assumption closer to each additional electrode and the insulating sleeve, the insulating auxiliary electrode from the pipe has on the inner surface of the channel around the electrode contact surface flanging, of at least triple the diameter of the contact surface of the additional electrode and closely adjacent the inner surface of the pipeline.