BR112013015868B1

BR112013015868B1 - sensor de fluxômetro eletromagnético capaz de detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética

Info

Publication number: BR112013015868B1
Application number: BR112013015868-9A
Authority: BR
Inventors: Zhenshan Zhang; Guangrui Zhang; Lin Zhang; Run Zhao; Xiaoyan Huang; Yuegang Huang
Original assignee: Shanghai Welltech Instrument Co., Ltd.; Northeastern University; Shanghai Welltech Automation Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2020-07-21
Also published as: CN201964914U; AU2011348795A1; AU2011348795B2; WO2012083745A1; BR112013015868B8; BR112013015868A2

Abstract

SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA Trata-se de um sensor de fluxômetro eletromagnético que pode detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética e que compreende um flange (11) e um tubo de medição (12). Uma bobina de referência (14) e uma bobina de excitação (13) são fixadas ao tubo de medição (12). A bobina de referência (14) e a bobina de excitação (13) são enroladas separadamente e são mantidas a uma certa distância. Entre sinais da bobina de referência (14), uma proporção de sinais que reflete o fluxo medido principal aumenta para mais do que quatro vezes àquela de uma bobina de referência convencional, de tal modo que se torne possível medir um fluido com permeabilidade magnética variável, e, ainda, a estabilidade zero e a precisão de medição também são aumentadas.

Description

SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção pertence ao campo de tecnologias de medição de fluxo, se refere a um sensor de fluxômetro eletromagnético e, particularmente, se refere a um sensor de fluxômetro eletromagnético que pode detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A evolução do fluxômetro eletromagnético é também considerada como a evolução do modo de excitação a partir da perspectiva do campo magnético. O modo de excitação experimenta principalmente os quatro estágios de evolução a seguir a partir da perspectiva de compensação e estabilização de campo magnético:

1. Modo de excitação de tensão constante, no qual tanto ondas quadradas quanto ondas senoidais existem. Já que a resistência de cobre é alterada com a temperatura, a corrente de excitação é alterada consequentemente, o que resulta na alteração do campo magnético e afeta a precisão de medição. Portanto, esse modo geralmente é desconsiderado.
2. Modo de excitação de corrente constante. Após o fluxômetro eletromagnético que adota o modo de excitação de corrente constante ser usado por um período de tempo, necessita-se detectar se a corrente é alterada e, se sim, a corrente precisa ser ajustada para o valor original, ou um valor medido atualmente é inserido no fluxômetro eletromagnético para compensação de software. A maioria dos fluxômetros eletromagnéticos existentes adota esse modo. No entanto, embora esse modo seja aplicável a muitas situações, a precisão de medição é afetada e a estabilidade a longo prazo também é indesejável quando a permeabilidade magnética é alterada, por exemplo, na presença de pasta aquosa de minério de ferro e corrosão de circuito magnético.
3. Modo de retroalimentação de corrente. A compensação automática do valor realmente medido para a alteração da corrente de excitação evita o trabalho de regulagem periódica ou compensação da corrente de excitação, porém, ainda não pode ser aplicada quando a permeabilidade magnética é alterada, de tal modo que esse modo tenha o mesmo defeito que o modo de excitação de corrente constante. Além disso, quando a corrente de excitação tem sua direção alterada, a corrente aplica uma força de impacto na bobina de excitação. Após o fluxômetro eletromagnético ser usado por um longo período, sua camada isolante envelhece e o impacto frequente da força eletromagnética pode resultar em curto circuito entre espiras. Independente de o campo magnético ser estabilizado através da corrente constante ou de a alteração do campo magnético ser compensada através da retroalimentação de corrente, uma vez que o curto circuito entre espiras ocorre, o campo magnético é enfraquecido e o fluxo medido é inferior ao fluxo de destino.
4. Modo de bobina de referência, o qual foi considerado uma vez como um modo de retroalimentação de campo magnético erroneamente. Constatou-se que, a partir de um estudo cuidadoso, que, já que a bobina de referência é usada para ser enrolada com a bobina de excitação, a maioria dos sinais é representada por sinais de tensão induzida causados pela alteração do componente de fluxo de vazamento e considerando que o componente de sinal causado pela alteração de fluxo medido principal é pequeno, de tal modo que a alteração do campo magnético refletido seja limitada. Portanto, esse modo é substancialmente um modo de retroalimentação de tensão de excitação.

[003] Tendo em vista o que foi mencionado acima, quando a permeabilidade magnética é alterada, o sensor de fluxômetro eletromagnético existente obtém valores medidos imprecisos e tem um desempenho instável.

[004] A descrição acima inclui referência a documentos, atos, materiais, dispositivos, artigos e similares, e serve para explicar o contexto da invenção. Tal descrição não deve ser considerada como uma admissão ou sugestão de que qualquer material descrito foi publicado ou era de conhecimento geral comum na Austrália ou qualquer país como data de prioridade para qualquer uma das reivindicações.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Consequentemente, a invenção é direcionada a fornecer um sensor de fluxômetro eletromagnético que pode detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética, e o sensor de fluxômetro eletromagnético pode medir um fluido com uma permeabilidade magnética variável.

[006] De acordo com uma realização da invenção, é provido um sensor de fluxômetro eletromagnético pode detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética, o sensor incluindo flanges e um tubo de medição. Os flanges são instalados em duas extremidades do tubo de medição. O sensor também compreende uma bobina de referência e uma bobina de excitação são fornecidas de forma fixa no tubo de medição, em que uma bobina de referência e uma bobina de excitação são enroladas separadamente com um intervalo. A bobina de referência é mantida a uma distância da bobina de excitação para evitar a gama de aplicação do fluxo de vazamento.

[007] Em algumas realizações preferidas da invenção, a bobina de excitação é fixada a uma parede lateral externa do tubo de medição, e a bobina de referência é enrolada em um formato alongado, como um eixo central da bobina de excitação que está localizado no meio da bobina de excitação.

[008] Em outras realizações preferidas da invenção, a bobina de referência está próxima a uma parede lateral externa do tubo de medição, e a bobina de referência é maior do que a bobina de excitação em tamanho integral e confina a bobina de excitação.

[009] Em outras realizações preferidas da invenção, uma placa de circuito magnético é disposta em uma parede lateral externa do tubo de medição, duas extremidades da placa de circuito magnético são fixadas no tubo de medição através de sapatas de polo e a bobina de referência é enrolada na placa de circuito magnético.

[0010] Em outras realizações preferidas da invenção, uma placa de circuito magnético é disposta em uma parede lateral externa do tubo de medição, duas extremidades da placa de circuito magnético são fixadas no tubo de medição através de sapatas de polo, a bobina de excitação é fixada em uma das sapatas de polo e a bobina de referência é fixada na outra sapata de polo dentre as sapatas de polo.

[0011] Em outras realizações preferidas da invenção, a bobina de referência é uma bobina única ou é formada por inúmeras bobinas conectadas em série.

[0012] A invenção tem o seguinte efeito benéfico. O sensor de fluxômetro eletromagnético da invenção pode medir um fluido com uma permeabilidade magnética variável, e a proporção de sinais que reflete a alteração de fluxo principal entre os sinais de bobina de referência é aumentada em mais do que quatro vezes e, em geral, não é afetada na corrente parasita no modo de excitação de corrente alternada. Como resultado, o fluxo zero é estável e a precisão de medição é aperfeiçoada.

[0013] Os termos “compreende”, “inclui” e suas variações, usados nesse pedido, devem ser interpretados como a especificação da presença de características, elementos integrantes, etapas ou componentes, mas não excluem a presença de outras características, elementos integrantes, etapas ou componentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] A Figura 1 é uma vista frontal de um fluxômetro eletromagnético que adota uma maneira de enrolamento em eixo central de acordo com a Realização 1;

[0015]A Figura 2 é uma vista de topo do fluxômetro eletromagnético que adota uma maneira de enrolamento em eixo central de acordo com a Realização 1;

[0016]A Figura 3 é uma vista frontal de um fluxômetro eletromagnético que adota uma maneira de enrolamento do tipo confinado de acordo com a Realização 2;

[0017]A Figura 4 é uma vista de topo do fluxômetro eletromagnético que adota uma maneira de enrolamento do tipo confinado de acordo com a Realização 2;

[0018]A Figura 5 é uma vista frontal de um fluxômetro eletromagnético que adota a maneira de enrolamento do tipo talão de acordo com a Realização 3; e

[0019]A Figura 6 é uma vista de topo do fluxômetro eletromagnético que adota a maneira de enrolamento do tipo talão de acordo com a Realização 3.
LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS
11. flange; 12. tubo de medição;
13. bobina de excitação; 14. bobina de referência;
15. eletrodo; 21. sapata de polo;
22. bobina de excitação; 23. flange;
24. tubo de medição; 25. bobina de referência;
26. eletrodo; 31. sapata de polo;
32. bobina de excitação; 33. flange;
34. tubo de medição; 35. bobina de referência;
36. placa de circuito magnético.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0020] A invenção é direcionada a realizar retroalimentação de campo magnético, a qual representa a tendência de desenvolvimento da tecnologia de fluxômetro eletromagnético, conforme pode ser observado a partir da evolução do fluxômetro eletromagnético. Desde que o campo magnético seja estabilizado ou a alteração do campo magnético possa ser compensada a tempo, as limitações do fluxômetro eletromagnético podem ser eliminadas. A invenção é aplicável a situações em que a permeabilidade magnética é alterada, por exemplo, na presença de pasta aquosa de minério de ferro, a qual garante a precisão de medição do fluxômetro eletromagnético em aplicações reais e aprimora a estabilidade a longo prazo do fluxômetro eletromagnético.

[0021] A realização específica da invenção é ilustrada em detalhes abaixo com referência aos desenhos em anexo.

REALIZAÇÃO 1

[0022] Com referência à Figura 1 e à Figura 2, essa realização fornece um sensor de fluxômetro eletromagnético que pode detectar um campo magnético e uma permeabilidade magnética, o qual inclui flanges 11 e um tubo de medição 12. Os flanges 11 são instalados em duas extremidades do tubo de medição 12. Uma bobina de referência 14 e uma bobina de excitação 13 são fornecidas de modo fixo em uma parede lateral externa do tubo de medição 12, e a bobina de referência 14 e a bobina de excitação 13 são enroladas separadamente com um intervalo. A bobina de referência 14 não é enrolada junto à bobina de excitação 13 e está localizada distante da bobina de excitação em uma distância maior possível de acordo com o espaço do conjunto. A bobina de referência 14 não está localizada de modo distante somente dos flanges 11, porém, também é localizado de modo distante de um eletrodo 15. No caso de um fluxômetro eletromagnético de grande abertura, já que a bobina de excitação está próximo à lateral externa do tubo de medição, a bobina de referência pode ser formada em um formato alongado, como um eixo central da bobina de excitação, o qual está localizado no meio da bobina de excitação. Esse modo de instalação é chamado de modo de instalação em eixo central. O modo de instalação em eixo central é aplicável a um fluxômetro eletromagnético de grande abertura. A bobina de referência pode ser uma ou duas ou mais bobinas conectadas em série. A bobina de referência pode ser formada por um fio esmaltado enrolado, o qual tem um baixo custo, ou formado por uma ou mais placas de circuito flexíveis, as quais alcançam uma boa consistência. O número de voltas da bobina de referência é determinado por experimentos, de acordo com uma tensão correspondente de um circuito conversor. Geralmente, em excitação nominal, a tensão de saída do sinal de referência é de cerca de 100 mV. O princípio é que a bobina de referência mantém certa distância da bobina de excitação e tenta evitar a gama de aplicação do fluxo de vazamento. Observa-se a partir da experiência que, comparada à bobina de referência convencional, na invenção, a proporção de sinais que reflete a alteração de fluxo principal entre os sinais de bobina de referência é elevada em mais do que quatro vezes e, em geral, não é afetada pela corrente parasita durante a excitação de corrente alternada, o que representa uma diferença substancial. Quando uma bobina de referência convencional é adotada, com o aumento da abertura do sensor, devido ao impacto da corrente parasita, a fase do sinal de referência pode desviar da fase medida do campo magnético e a diferença de fase pode alcançar 15°, o que resulta no fato de que uma parte do sinal de interferência de quadratura será convertida em um sinal de interferência em fase. Quando a bobina de referência da invenção é adotada, a diferença de fase entre o sinal de referência e o campo magnético real pode ser controlada dentro de 1o, de tal modo que o ponto zero do sensor seja estabilizado e a precisão da medição seja aperfeiçoada.

REALIZAÇÃO 2

[0023] Com referência à Figura 3 e à Figura 4, a diferença entre essa realização e a Realização 1 é que os flanges 23 são instalados em duas extremidades de um tubo de medição 24. Uma bobina de referência 25 e uma bobina de excitação 22 são fornecidas de modo fixo a uma parede lateral externa do tubo de medição 24. A bobina de referência 25 está próxima ao invólucro do tubo de medição 24 e é maior do que a bobina de excitação 22 em tamanho integral e confina a bobina de excitação 22, a qual é denominada um modo de instalação do tipo confinada e é aplicável a um fluxômetro eletromagnético de abertura média. A bobina de excitação 22 é enrolada de modo fixo ao redor de uma placa de circuito magnético. A placa de circuito magnético é fixada à parede lateral externa do tubo de medição 24 através de sapatas de polo 21. Um eletrodo é disposto na parede lateral externa do tubo de medição 24 e em uma posição distante da bobina de referência 25.

REALIZAÇÃO 3

[0024] Com referência à Figura 5 e à Figura 6, uma diferença entre essa realização e a Realização 1 é que os flanges 33 são instalados em duas extremidades de um tubo de medição 34. Uma bobina de referência 35 e uma bobina de excitação 32 são fornecidas de modo fixo a uma parede lateral externa do tubo de medição 34. A bobina de excitação 32 é enrolada de modo fixo ao redor de uma placa de circuito magnético 36. A placa de circuito magnético 36 é fixada à parede lateral externa do tubo de medição 34 através de sapatas de polo 31. Um eletrodo é disposto na parede lateral externa do tubo de medição 34 e em uma posição distante da bobina de excitação 32. A bobina de referência 35 é enrolada na placa de circuito magnético 36, a qual é denominada um modo de instalação do tipo talão e é aplicável a um fluxômetro eletromagnético de pequena abertura. Já que o fluxômetro eletromagnético de pequena abertura tem um espaço limitado, é impossível que a bobina de referência mantenha uma longa distância da bobina de excitação nos modos de instalação na Realização 1 e na Realização 3, de tal modo que a bobina de referência possa ser enrolada na placa de circuito magnético e em uma posição próxima do eletrodo enquanto estiver distante das sapatas de polo. A bobina de referência pode ser uma bobina enrolada única ou pode ser formada por inúmeras bobinas conectadas em série.

REALIZAÇÃO 4

[0025] A diferença entre essa realização e a Realização 3 é que a bobina de excitação está disposta em uma das sapatas de polo, e a bobina de referência está disposta em uma sapata de polo dentre as outras sapatas de polo. Esse modo de instalação é fundamentalmente aplicável a um fluxômetro eletromagnético de pequena abertura.

[0026] A bobina de referência é geralmente fabricada em dois métodos. Um desses é o enrolamento com um fio esmaltado e o outro é a fabricação com uma placa de circuito flexível.

[0027] Quando um método de fixação de placa de circuito flexível é usado na fabricação de um sensor de fluxômetro eletromagnético de abertura pequena, o custo não é aumentado e a consistência é satisfatória. Para um sensor de fluxômetro eletromagnético de grande abertura, por exemplo, que tem um diâmetro de 2 m a 3 m, o tamanho da bobina de referência é grande. Já que não existe tal placa de circuito flexível grande, quando esse método é adotado, inúmeras placas de circuito flexível podem ser conectadas em série para a fabricação da bobina de referência. Nesse caso, o custo é aparentemente inferior se um método de enrolamento de fio esmaltado for adotado. O fio esmaltado é uma categoria principal do fio de enrolamento e consiste em um condutor e em uma camada isolante. Um fio esmaltado é formado ao recozer e amaciar, primeiramente, um fio não revestido, então, pintar o fio não revestido inúmeras vezes e finalmente cozer o fio não revestido.

[0028] A bobina de referência pode ser fixada através de vários métodos. Independentemente do método adotado, a bobina de referência deve ser fixada de forma segura sem qualquer alteração no formato ou na posição de tal forma que não afete a precisão de medição. Um método simples é aderir a bobina de referência a um conduto com uma fita de fibra de vidro. Antes da aderência, a superfície do conduto precisa ser limpa. Além disso, para garantir a aderência, gel de sílica pode ser aplicado para um melhor efeito.

[0029] A invenção tem as seguintes vantagens:

1. Já que o componente para refletir o campo magnético medido é substancialmente elevado entre os sinais de bobina de referência da invenção, o fluxômetro eletromagnético realiza verdadeiramente a retroalimentação de campo magnético. Observa-se a partir do experimento que a diferença entre o valor teórico e o valor realmente medido de um campo magnético equivalente do fluxômetro eletromagnético é pequena. Já que a excitação de corrente alternada é usada, geralmente, para controle industrial, a condição do fluido é bastante complexa e é inconveniente calibrar o sensor em todas as frequências. The coeficientes de medidor em todas as frequências são similares devido à retroalimentação de campo magnético, e uma frequência desejável pode ser selecionada de acordo com a condição real.
2. Um fluido com uma permeabilidade magnética variável, tal como pasta aquosa de minério de ferro, pode ser medido, o qual elimina as limitações do fluxômetro eletromagnético. Atualmente, elementos radioativos são usados para medir a concentração de pasta aquosa concentrada de minério de ferro, a qual tem baixa precisão, é arriscado quanto à manutenção e ao gerenciamento devido à radiação nuclear e tem um alto custo. Se a concentração efetiva do concentrado de minério de ferro for medida através da permeabilidade magnética, a medição é segura e conveniente, e o fluxo de massa do concentrado de minério de ferro pode ser obtido diretamente com base na sua concentração e fluxo de volume. Portanto, o sensor alcança as funções de medição do fluxo eletromagnético, do grau de umidade da pasta aquosa concentrada de minério de ferro e do fluxo de massa do concentrado de minério de ferro, o que representa um progresso neste campo e pode resolver problemas não resolvidos por um longo período.
3. Um grande defeito de uma verificação no local é evitado. Em situações em que a permeabilidade magnética do fluido não é alterada, por exemplo, na presença de água, o estado do sensor pode ser detectado calculando-se a alteração da permeabilidade magnética, de modo a determinar se ocorre curto circuito entre espiras ou corrosão de circuito magnético, e a alteração do campo magnético é compensada para reduzir o erro de medição quando o sensor está defeituoso. Se o curto circuito entre espiras ocorner, o valor medido da permeabilidade magnética é reduzido, e a falha pode ser encontrada facilmente. A permeabilidade magnética pode ser detectada em linha ou fora de linha, em que a corrente de excitação de onda senoidal constante é inserida, uma forma de onda de bobina de referência é detectada e a permeabilidade magnética é calculada. Se a permeabilidade magnética não é alterada, é indicado que o sensor não tem falha. O método de detecção fora de linha é particularmente aplicável a um fluxômetro eletromagnético de excitação de onda quadrada de corrente constante.

[0030] No presente documento, a descrição e a aplicação da invenção são ilustrativas, e o escopo da invenção não é destinado a ser limitado pelas realizações acima. Variações e alterações das realizações aqui reveladas são possíveis. A substituição feita para as realizações e partes equivalentes são conhecidas às pessoas de habilidade comum na técnica. Deve ser aparente para as pessoas versadas na técnica que a invenção pode ser implantada em outras formas, estruturas, disposições, proporções e através de outros componentes, materiais e partes sem que haja desvio do espírito ou das características essenciais da invenção.

Claims

SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, o sensor sendo caracterizado por compreender flanges (11, 23, 33) e um tubo de medição (12, 24, 34), sendo que os flanges (11, 23, 33) são instalados em duas extremidades do tubo de medição, e uma bobina de referência (14, 25, 35) e uma bobina de excitação (13, 22, 32) são fornecidas de modo fixo no tubo de medição (12, 24, 34), em que a bobina de referência (14, 25, 35) e a bobina de excitação (13, 22, 32) são enroladas separadamente com um intervalo, e a bobina de referência (14, 25, 35) sendo mantida a uma distância da bobina de excitação (13, 22, 32) evitando a gama de aplicação do fluxo de vazamento.
SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bobina de excitação (13, 22, 32) ser fixada a uma parede lateral externa do tubo de medição (12, 24, 34), e a bobina de referência (14, 25, 35) ser enrolada em um formato alongado, como um eixo central da bobina de excitação (13, 22, 32), o qual está localizado no meio da bobina de excitação (13, 22, 32).
SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bobina de referência está próxima a uma parede lateral externa do tubo de medição (12, 24, 34), e a bobina de referência (14, 25, 35) ser maior do que a bobina de excitação (13, 22, 32) em tamanho integral e inclui a bobina de excitação (13, 22, 32).
SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por uma placa de circuito magnético (36) ser disposta em uma parede lateral externa do tubo de medição (12, 24, 34), duas extremidades da placa de circuito magnético (36) serem fixadas no tubo de medição (12, 24, 34) através de sapatas de polo (21, 31) e a bobina de referência (14, 25, 35) ser enrolada na placa de circuito magnético (36).
SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela placa de circuito magnético (36) ser disposta em uma parede lateral externa do tubo de medição (12, 24, 34), duas extremidades da placa de circuito magnético (36) serem fixadas no tubo de medição (12, 24, 34) através de sapatas de polo (21, 31), a bobina de excitação (13, 22, 32) ser fixada em uma das sapatas de polo (21, 31) e a bobina de referência (14, 25, 35) ser fixada em outra sapata de polo dentre as sapatas de polo (21, 31).
SENSOR DE FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO CAPAZ DE DETECTAR UM CAMPO MAGNÉTICO E UMA PERMEABILIDADE MAGNÉTICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela bobina de referência (14, 25, 35) ser uma bobina única ou por ser formada por inúmeras bobinas conectadas em série.