расходомер

Формула изобретения

РАСХОДОМЕР, содержащий цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещены две измерительные катушки электромагнитной системы, соединенные с вторичным прибором, а также чувствительный элемент, отличающийся тем, что он снабжен кольцевым постоянным магнитом и катушкой возбуждения, установленными на корпусе между измерительными катушками, а чувствительный элемент выполнен в виде слоя магнитной жидкости, нанесенного на внутреннюю поверхность корпуса в зоне действия постоянного магнита, при этом постоянный магнит размещен поверх катушки возбуждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности.

Известен расходомер обтекания, содержащий корпус, внутри которого расположен поплавок и возвратная пружина [1].

Недостатком данного расходомера является наличие трения между подвижными частями в измерительном канале, снижающего чувствительность прибора и ограничивающего ресурс его действия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является расходомер для измерения расхода жидких и газообразных сред, содержащий немагнитный корпус, внутри которого расположен чувствительный подвижный элемент (поплавок с железным сердечником), внешняя поверхность корпуса снабжена катушками электромагнитной системы определения положения чувствительного элемента и электромагнитным силовым блоком. Указанное устройство требует постоянного расхода электроэнергии как для питания катушек, так и электромагнитного силового блока [2].

К недостаткам данного устройства относятся постоянный расход электроэнергии, необходимый для питания соленоидов силового электромагнитного блока, управляющего положением поплавка; необходимость формирования управляющего сигнала для электромагнитного силового блока, регулирующего положение поплавка, также требующего расхода электроэнергии.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и упрощение расходомера.

Поставленная цель достигается тем, что расходомер, содержащий цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещены две измерительные катушки электромагнитной системы, соединенные с вторичным прибором, а также чувствительный элемент, снабжен кольцевым постоянным магнитом и катушкой возбуждения, установленными на корпусе между измерительными катушками, а чувствительный элемент выполнен в виде слоя магнитной жидкости, нанесенного на внутреннюю поверхность корпуса в зоне действия постоянного магнита, при этом постоянный магнит размещен поверх катушки возбуждения.

В качестве магнитной жидкости используют технические магнитные жидкости (серий С1, МЖ, ФМШ, ММ), несмешивающиеся с измеряемой средой и способные немедленно приходить в движение при внешнем силовом воздействии. Поскольку магнитные жидкости не обладают гистерезисом намагничивания в предлагаемом расходомере отсутствуют потери на перемагничивание слоя магнитной жидкости.

На чертеже представлен предлагаемый расходомер, поперечное сечение.

Расходомер содержит немагнитный корпус 1, на внешней поверхности которого расположены возбуждающая катушка 2 и две измерительные катушки 3, расположенные по разные стороны от возбуждающей катушки. Катушки намотаны вдоль оси корпуса. Обмотки катушек 3 включены встречно, так что катушки 2 и 3 образуют дифференциальный трансформаторный мост. В силу встречного включения обмоток измерительных катушек погрешности от возмущающих внешних факторов и изменения параметров исключаются (компенсируются). С внешней стороны корпуса поверх возбуждающей катушки расположен постоянный кольцевой магнит 4. Полюса магнита расположены на его торцах. На внутренней поверхности корпуса под постоянным магнитом размещен слой магнитной жидкости 5.

В статическом положении (когда расход среды через устройство отсутствует) слой магнитной жидкости 5 занимает некоторое начальное положение а. Удержание слоя на внутренней поверхности корпуса осуществляется за счет силового действия неоднородного магнитного поля. Указанный слой магнитной жидкости, расположенный в пространстве между катушками, является по сути магнитным сердечником, определяющим коэффициент связи между возбуждающей 2 и измерительными 3 катушками трансформаторного моста. Симметрирование всей системы приводит к тому, что при отсутствии расхода сигнал разбаланса моста равен нулю, так как измерительные катушки включены встречно и напряжение на одной вычитается из напряжения на другой.

Расходомер работает следующим образом.

В корпус 1 расходомера (дюраль, внешний диаметр 50 мм, внутренний 46 мм) слева направо подается среда - воздух с расходом 0,25 м³/ч. Измерение расхода воздуха проводили ротаметрами РМ=0,025 ГУЗ и РС 5.В силу гидродинамического воздействия среды (воздуха) слой магнитной жидкости 5, удерживаемой постоянным магнитом 4 (кольцевой магнит из феррита бария, внешний диаметр 84 мм, внутренний 54 мм, толщина 24 мм, напряженность магнитного поля, измеренная на торце магнита 580 Э), изменяет форму поверхности. Измерение магнитного поля осуществляют датчиком Холла типа ПХЭ 1606117В с чувствительностью 298,3 мкВ/мТ и микровэберметром типа Ф 190. Слой магнитной жидкости образовывается при заполнении расходомера магнитной жидкостью типа МЖ 1 количеством 5 мл. Изменение формы поверхности слоя магнитной жидкости приводит к нарушению симметричного расположения магнитной жидкости между катушками 2 и 3 (по 500 витков провода ПЭЛ 0,18, намотанные в 10 слоев, расстояние между центрами возбуждающей 2 и измерительной 3 катушек равняется 15 мм) трансформаторного моста и возникновению электрического сигнала разбаланса моста (V = 1,2 мВ при V = 100 мВ на частоте 1 кГц в возбуждающей катушке 2, поскольку коэффициент связи между катушками 2 и 3 определяется положением слоя магнитной жидкости. Слой магнитной жидкости 5 играет роль подвижного магнитного сердечника. Напряжение, возникающее при разбалансе трансформаторного моста, образованного возбуждающей и двумя измерительными катушками, измеряют мультиметром типа Ц - 4311. Таким образом, величина сигнала разбаланса моста ( V = 1,2 мВ) связывается с расходом среды (воздуха) 0,25 м³/ч.

Напряженность магнитного поля, создаваемого возбуждающей катушкой 2, не превышает 1,5 Э, что много меньше напряженности магнитного поля постоянного магнита и поэтому не вносит изменений в работу устройства и не приводит к искажениям показаний расходомера. Изменяя количество магнитной жидкости, образующей слой, можно менять диапазон измерений расходомера (гидродинамическое разрушение слоя наступает при расходе 1,4 м³/ч при объеме магнитной жидкости 5 мл и при 2,6 м³/ч при объеме 3 мл), так как при этом меняется как проходное сечение измерительного канала, так и лобовое сопротивление слоя магнитной жидкости.

К достоинствам прибора относятся широкие возможности изменения диапазона измерений за счет применения постоянных магнитов и магнитных жидкостей разных классов; отсутствие подвижных механических частей и простота изготовления позволяет существенно повысить ресурс и эксплуатационные возможности устройства; снижение (на несколько порядков) расхода электроэнергии за счет применения нерегулируемого силового блока (в виде постоянного магнита), исключающего необходимость питания электромагнита силового блока и системы формирования управляющего сигнала для силового блока.