CZ36069U1 - Elektromagnetický průtokoměr - Google Patents

Description

Elektromagnetický průtokoměr

Oblast techniky

Technické řešení se týká elektromagnetického průtokoměru obsahujícího dvojici sériově zapojených budicích cívek, mezi nimiž je situováno potrubí měřené kapaliny, přičemž budicí cívky jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku, v potrubí jsou proti sobě uspořádány snímací elektrody, které jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku, řídicí a vyhodnocovací elektronika obsahuje generátor elektrického proudu uzpůsobený pro generování střídavého elektrického proudu o konstantní amplitudě do budicích cívek, řídicí a vyhodnocovací elektronika dále obsahuje snímač napětí na snímacích elektrodách, řídicí a vyhodnocovací elektronika je napojena na zemní potenciál a vnitřní prostor potrubí je napojen na zemní potenciál řídicí a vyhodnocovací elektroniky.

Dosavadní stav techniky

Pro měření průtoku kapalin se používají elektromagnetické průtokoměry pracující na principu tvorby střídavého magnetického pole pomocí budicích cívek. Tento princip měření průtoku je založen na Faradayově zákonu, jehož podstatou je vytvoření elektrického napětí na elektrodách ponořených do měřené kapaliny při působení konstantního magnetického pole a pohybující se kapaliny v měřicí trubici. Všechny zmíněné veličiny jsou orientovány v na sebe kolmých směrech. Na povrchu elektrod, které jsou v kontaktu s měřenou kapalinou, se vytvoří molekulární dvouvrstva, která má, v případě zapojení do elektrického obvodu, kapacitní charakter.

Známé řešení elektromagnetického průtokoměru je schematicky znázorněno na obr. 1, který tak zobrazuje známý stav techniky. Průtokoměr známý ze stavu techniky obsahuje dvojici sériově zapojených budicích cívek 2 a 6, mezi nimiž je situováno potrubí 14, ve kterém proudí měřená kapalina. Budicí cívky 2, 6 jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku 13. V potrubí 14 jsou, osově vůči dvojici budicích cívek 2 a 6, proti sobě a v kontaktu s měřenou kapalinou uspořádány snímací elektrody 4 a 5, které jsou rovněž napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku 13. Potrubí 14 je případně tvořeno měřicí trubicí, kteráje vložena do potrubí, ve kterém proudí měřená kapalina. Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 je napojena na zemní potenciál 12. Vnitřní prostor potrubí 14. tj. prostor, kterým protéká měřená kapalina, je vedením 120 napojen na zemní potenciál 12 řídicí a vyhodnocovací elektroniky 13. Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 obsahuje generátor elektrického proudu. Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 dále obsahuje snímač napětí na snímacích elektrodách 4 a 5. Generátor elektrického proudu v řídicí a vyhodnocovací elektronice 13 generuje střídavý elektrický proud o konstantní amplitudě do budicích cívek 2 a 6 pro vytvoření střídavého magnetického pole o konstantní amplitudě, jehož vektor magnetické indukce je kolmý jak ke směru vektoru rychlosti měřené kapaliny, tak je kolmý ke spojovací ose snímacích elektrod 4 a 5, přičemž se v elektrodách 4 a 5 indukuje napětí, které je úměrné jednak generovanému magnetickému poli a jednak rychlosti kapaliny proudící potrubím 14. V případě generování konstantního magnetického poleje napětí na elektrodách 4 a 5 úměrné pouze rychlosti kapaliny. Nevýhodou tohoto řešení je relativně vysoká spotřeba energie při permanentním buzení cívek, což prakticky znemožňuje efektivní využití baterií pro napájení průtokoměru při zachování vysoké dynamiky měření. Využitím baterií pro napájení průtokoměru dojde k významnému snížení dynamiky měření, což je nevýhodné.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména umožnit efektivní využití baterií pro napájení průtokoměru při zachování vysoké dynamiky měření.

- 1 CZ 36069 UI

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo průtokoměrem, jehož podstata spočívá v tom, že každé budicí cívce je přiřazen alespoň jeden permanentní magnet uzpůsobený pro vytvoření stejnosměrného magnetického pole v prostoru mezi budicími cívkami, potrubí je opatřeno snímačem teploty tekutiny v potrubí, snímač teploty je napojen na řídicí a vyhodnocovací elektroniku, řídicí a vyhodnocovací elektronika dále obsahuje výpočetní a paměťové prostředky s řídícím a výpočetním softwarem, který je uzpůsoben pro dlouhodobé měření průtoku kapaliny pouze pomocí magnetického pole vytvořeného permanentními magnety, a který je dále uzpůsoben pro automatickou kalibraci krátkodobým měřením průtoku generováním střídavého magnetického pole budicími cívkami.

Elektromagnetický průtokoměr podle tohoto technického řešení využívá k vytvoření magnetického pole permanentních magnetů, čímž se vytvoří stejnosměrné magnetické pole a při přenosu užitečného signálu pro další zpracování pak dvouvrstva na povrchu snímacích elektrod vytvoří derivační vazbu. Integrací signálu na elektrodách je pak možno zjistit velikost průtoku. V případě pomalých změn průtoku však dochází ke zhoršení přesnosti měření, a proto je třeba měření průtoku kapaliny v pravidelných intervalech kalibrovat klasickou metodou, tedy měřičem průtoku založeným na vytvoření střídavého magnetického pole pomocí budicích cívek. Tato kalibrace probíhá v intervalech trvajících od 30 sekund výše a výkonové buzení budicích cívek trvá řádově stovky milisekund. V době mezi kalibracemi je průtok měřen pomocí magnetického pole vytvořeném permanentními magnety. Pro dosažení vysoké přesnosti měření průtoku je třeba průběžně měřit teplotu a vodivost kapaliny a softwarově kompenzovat vliv těchto veličin. Měření teploty se provádí pomocí přesného teplotního čidla a k měření vodivosti se využívá měřicích elektrod průtoku. Další veličinou, která ovlivňuje výsledek je stejnosměrné zbytkové napětí na elektrodách. K odstranění jeho vlivu je v cestě signálu zařazena kombinace kondenzátoru a rezistoru tak, že kondenzátor je v sérii se signálem a rezistor je zapojen paralelně ke vstupnímu obvodu zesilovače.

Technické řešení umožňuje významný pokles spotřebované energie k provozu průtokoměru a umožňuje tak použití bateriového napájení prvků průtokoměru.

Objasnění výkresů

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkrese, kde ukazuje obr. 1 elektromagnetický průtokoměr podle stavu techniky a obr. 2 příklad uskutečnění elektromagnetického průtokoměru podle tohoto technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Elektromagnetický průtokoměr obsahuje dvojici sériově zapojených budicích cívek 2 a 6, mezi nimiž je situováno potrubí 14, ve kterém proudí měřená kapalina. Budicí cívky 2, 6 jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku 13.

V potrubí 14 jsou, osově vůči dvojici budicích cívek 2 a 6, proti sobě a v kontaktu s měřenou kapalinou uspořádány snímací elektrody 4 a 5, které jsou rovněž napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku 13.

Potrubí 14 je v neznázoměné příkladu uskutečnění tvořeno měřicí trubicí, která je uzpůsobena pro vložení do potrubí, ve kterém proudí měřená kapalina.

Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 je napojena na zemní potenciál 12. Vnitřní prostor potrubí 14. tj. prostor, kterým protéká měřená kapalina, je vedením 120 napojen na zemní potenciál 12

-2CZ 36069 Ul řídicí a vyhodnocovací elektroniky 13.

Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 obsahuje neznázoměný generátor elektrického proudu. Generátor elektrického proudu je uzpůsoben pro generování střídavého elektrického proudu o konstantní amplitudě do budicích cívek 2 a 6 pro vytvoření střídavého magnetického pole o konstantní amplitudě, jehož vektor magnetické indukce je kolmý jak ke směru vektoru rychlosti měřené kapaliny, tak je kolmý ke spojovací ose snímacích elektrod 4 a 5.

Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 dále obsahuje neznázoměný snímač napětí na snímacích elektrodách 4 a 5. Každá snímací elektroda 4, 5 je s řídicí a vyhodnocovací elektronikou 13 a jejím zemním potenciálem 12 spřažena RC členem obsahující kapacitor 8, 9 a rezistor 10, 11.

Každé budicí cívce 2, 6 je přiřazen alespoň jeden permanentní magnet 1, 7 uzpůsobený pro vytvoření stejnosměrného magnetického pole v prostoru mezi budicími cívkami 2, 6.

Potrubí 14 je dále opatřeno snímačem 3 teploty tekutiny proudící v potrubí 14, přičemž snímač 3 teploty je napojen na řídicí a vyhodnocovací elektroniku 13.

Řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 dále obsahuje neznázoměné výpočetní a paměťové prostředky s řídícím a výpočetním softwarem, který je uzpůsoben pro dlouhodobé měření průtoku kapaliny pouze pomocí magnetického pole vytvořeného permanentními magnety 1, 7, tj. bez napájení budicích cívek 2, 6 a bez generování magnetického pole těmito budicími cívkami 2, 6, a který je dále uzpůsoben pro automatickou kalibraci krátkodobým měřením průtoku generováním střídavého magnetického pole pomocí budicích cívek 2, 6. Tato krátkodobá kalibrace probíhá v pravidelných nebo nepravidelných časových intervalech, např. každých 30 sekund a více, přičemž samotné buzení budicích cívek 2, 6 pro takovou kalibraci probíhá po velmi krátkou dobu, např. několika stovek milisekund. Proto je řídicí a vyhodnocovací elektronika 13 opatřena neznázoměným časovačem kalibrace.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné pro bateriově napájené elektromagnetické průtokoměry s vysokou přesností, vysokým rozsahem měření a vysokou dynamikou měření. Technické řešení je využitelné všude tam, kde není k dispozici výkonová napájecí síť, například v zavlažovačích systémech, ve sklepních prostorách apod.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Elektromagnetický průtokoměr obsahuje dvojici sériově zapojených budicích cívek (2, 6), mezi nimiž je situováno potrubí (14) měřené kapaliny, přičemž budicí cívky (2, 6) jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku (13), v potrubí (14) jsou proti sobě uspořádány snímací elektrody (4, 5), které jsou napojeny na řídicí a vyhodnocovací elektroniku (13), řídicí a vyhodnocovací elektronika (13) obsahuje generátor elektrického proudu uzpůsobený pro generování střídavého elektrického proudu o konstantní amplitudě do budicích cívek (2, 6), řídicí a vyhodnocovací elektronika (13) dále obsahuje snímač napětí na snímacích elektrodách (4,5), řídicí a vyhodnocovací elektronika (13) je napojena na zemní potenciál (12) a vnitřní prostor potrubí (14) je napojen na zemní potenciál (12) řídicí a vyhodnocovací elektroniky (13), vyznačující se tím, že každé budicí cívce (2, 6) je přiřazen alespoň jeden permanentní magnet (1, 7) uzpůsobený pro vytvoření stejnosměrného magnetického pole v prostoru mezi budicími cívkami (2, 6), potrubí (14) je opatřeno snímačem (3) teploty tekutiny v potrubí (14), snímač (3) teploty je napojen na řídicí a vyhodnocovací elektroniku (13), řídicí a vyhodnocovací elektronika (13) dále obsahuje výpočetní a paměťové prostředky s řídícím a výpočetním softwarem, který je uzpůsoben pro dlouhodobé měření průtoku kapaliny pouze pomocí magnetického pole vytvořeného permanentními magnety (1, 7), a který je dále uzpůsoben pro automatickou kalibraci krátkodobým měřením průtoku generováním střídavého magnetického pole budicími cívkami (2, 6).
2. 2. Elektromagnetický průtokoměr podle nároku 1, vyznačující se tím, že potrubí (14) je tvořeno měřicí trubicí, která je uzpůsobena pro vložení do potrubí s měřenou kapalinou.
3. 3. Elektromagnetický průtokoměr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že každá snímací elektroda (4, 5) je s řídicí a vyhodnocovací elektronikou (13) a jejím zemním potenciálem (12) spřažena RC členem obsahujícím kapacitor (8, 9) a rezistor (10, 11).
4. 4. Elektromagnetický průtokoměr podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že řídicí a vyhodnocovací elektronika (13) je opatřena časovačem kalibrace.