ES2330483T3 - Detector de posicion para una pieza que se desplaza dentro de un tubo. - Google Patents
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Abstract
Detector de posición para una pieza que se desplaza dentro de un tubo, cuyo detector de posición está dotado de un imán permanente unido a la pieza que se encuentra en movimiento y un detector de campo magnético montado en el tubo, caracterizado porque el detector de posición presenta medios de saturación magnética del tubo (1) en la zona de la detección de posición (12).
Description
Detector de posición para una pieza que se
desplaza dentro de un tubo.
La presente invención se refiere a un detector
de posición para una pieza que se desplaza dentro de un tubo con
imanes permanentes unidos a la pieza que se desplaza y a un detector
de campo magnético dispuesto en el tubo.
Para la detección de posición de piezas móviles
dentro de una conducción tubular se conocen, además de
procedimientos de reconocimiento de tipo mecánico, también
procedimientos de reconocimiento de tipo magnético, de manera que
estos últimos se han extendido ampliamente como procedimiento para
la identificación magnética de cabezales de limpieza en
conducciones tubulares. Para ello, en el interior de dichos
cabezales de limpieza se incorporan imanes permanentes con una
intensidad de campo definida, cuyo campo magnético puede ser
detectado mediante sensores magnéticos colocados en el exterior de
la conducción tubular. En este caso, los sensores de campo
magnético deben presentar una suficiente sensibilidad de excitación,
en forma de una distancia de inducción suficientemente grande, a
efectos de reconocer de manera segura los cabezales de limpieza
separados por el grosor de las paredes del tubo.
El documento JP 11014301 A da a conocer un
detector de posición de este tipo. Este está colocado sobre un tubo
de forma cilíndrica y detecta el campo magnético de un imán
permanente que discurre a lo largo del interior de la pared del
tubo de forma cilíndrica. Dos elementos de derivación de material
magnéticamente muy permeable se encuentran con sus extremos sobre
el tubo. En el detector de posición están dispuestos los otros
extremos de los elementos de derivación en la zona de un sensor
magnético separados entre sí, de manera que el sensor magnético se
solapa con los elementos de derivación en la dirección en que se
extienden.
Mediante el documento DE 103 09 142 A1 es
conocido otro detector de posición. Para conseguir una variación
más intensa del campo magnético al aproximarse la pieza que se
encuentra en movimiento dentro de la conducción tubular en el
sensor de campo magnético y, por lo tanto, conseguir una mejor
detección de la pieza en movimiento, se indica en el mencionado
documento que el campo generado por el imán permanente discurre en
una dirección que, con respecto al eje del tubo, presenta una
componente que se extiende radialmente. Esto significa, no
obstante, la utilización de un cabezal de limpieza con un imán
permanente dispuesto de forma especial. Para la mejora adicional de
la sensibilidad, unas zapatas polares circundan el tubo y en un
intersticio de aire entre las pestañas de las zapatas se han
dispuesto uno o dos sensores de campo magnético. Además del
inconveniente de una elevada utilización de material, la necesaria
adecuación de las zapatas polares a distintos radios de curvatura
del tubo que se utiliza es contraria a esta variante. Tampoco se
evitará con su utilización la complicación de que el conducto
tubular tiene que estar realizado en un material no magnetizable
para evitar mediciones de campo no deseadas a causa de un
apantallado magnético del tubo, o bien de la desmagnetización del
mismo que tiene lugar a lo largo del tiempo.
En utilizaciones en las que se presenta
exigencias adicionales para el material del tubo lo anterior
constituye un inconveniente grave. Por esta razón, se presentan
frecuentemente elevadas exigencias en cuanto a la capacidad
mecánica del material del conducto tubular y en cuanto a su
resistencia al medio, tal como, por ejemplo, en el campo de la
desalación de agua de mar, en la que se debe determinar la posición
en tubos a alta presión de las piezas móviles que adoptan forma de
cabezales de limpieza o cuerpos separadores. En relación con la
exigencia de un material no magnetizable, ello condiciona hasta el
momento la utilización de materiales muy caros para los conductos
tubulares.
La presente invención se enfrenta, por lo tanto,
al problema de desarrollar un detector de posición construido de
forma simple, para las piezas que se desplazan en tubos, que permite
la utilización de materiales magnetizables como material para los
tubos.
La solución a este problema prevé que el
detector de posición presente un medio para la saturación magnética
del tubo en lugar de la detección de posición. Mediante la
saturación magnética del tubo en el lugar de detección se desactiva
el efecto de apantallado magnético del tubo. Esto posibilita la
detección de los campos magnéticos del imán permanente dispuesto en
las piezas móviles, incluso en el caso de tubos de paredes gruesas,
así como la detección con medios poco complejos, tales como, por
ejemplo, una simple bobina de medición. Las desmagnetizaciones
locales del tubo que se producen a lo largo del tiempo no
representan ningún empeoramiento del resultado de medición, por lo
que se puede prescindir de conductos tubulares especiales, no
magnetizables. Esto es ventajoso en utilizaciones en las que se
presentan exigencias adicionales en el material de los tubos, tal
como, por ejemplo, en el sector de la desalación de agua de mar. El
material del tubo escogido, por lo tanto, entre otros factores,
según las exigencias de la resistencia mecánica y de la resistencia
al medio. En comparación con la utilización de tubos a alta presión
no magnetizables, la utilización de tubos magnetizables reduce
notablemente los costes de construcción de la instalación.
Según una disposición ventajosa, el sensor de
campo magnético está constituido mediante, como mínimo, una bobina
de medición dispuesta en el exterior del tubo. De esta manera, la
bobina constituye un medio especialmente ventajoso en cuanto a
costes para la medición en variaciones de campo magnético, de manera
que una pieza en movimiento en una conducción tubular es detectable
de manera segura. Por lo tanto, no son necesarios sensores de campo
magnético especiales y de precio elevado con elevadas separaciones
de conmutación.
Se ha demostrado también favorable que la bobina
de medición rodee un elemento de armadura dispuesto en el exterior
del tubo, realizado en material ferromagnético. Mediante la
conducción del flujo magnético en el elemento de armadura, se
aumenta la sensibilidad de la detección de posición puesto que la
dispersión del flujo magnético se minimiza.
Según otra disposición adicional, un elemento de
armadura que se extiende en la dirección del tubo y una sección
parcial del tubo constituyen un circuito magnético. De esta manera,
mediante una utilización reducida de material, se puede realizar la
fijación prácticamente sobre una línea recta de un plano sobre
cualquier diámetro de tubo deseado. No se produce la envoltura de
la periferia del tubo.
La saturación magnética del tubo tiene lugar de
manera ideal mediante uno o varios imanes permanentes dispuestos en
el exterior del tubo. La intensidad y la posición del imán o imanes
permanentes depende del material del tubo, de su grosor de paredes
y de la geometría de la disposición, y, por lo tanto, de si la
saturación magnética del campo o campos magnéticos tiene que tener
lugar en el sitio en que se encuentra la posición de detección de
manera completa o parcial. Asimismo, la magnetización del tubo puede
tener lugar mediante una o varias bobinas que son recorridas por
una corriente eléctrica, especialmente mediante la utilización de
una bobina de medición. También son posibles combinaciones de los
elementos indicados.
Según otra disposición, un imán permanente
magnetizado de forma radial en relación con el tubo forma parte del
elemento de armadura y/o el imán permanente está dispuesto entre dos
brazos del elemento de armadura.
Para la pieza en movimiento se pueden utilizar
imanes permanentes de diferente constitución con diferentes
direcciones de magnetización. Se ha demostrado favorable que la
pieza móvil quede dotada de un imán permanente magnetizado en
dirección axial con respecto al tubo. Puede estar constituido en
forma de anillo o de disco.
Se ha ideado además que el medio detector de
posición presente medios para la captación, evaluación y/o
indicación de señales de medición y/o que esté conectado con un
dispositivo de control y/o de regulación. De esta manera, las
señales de medición captadas y/o evaluadas, que informan en una
instalación sobre la posición de la pieza móvil dentro del tubo,
son tomadas en consideración en dicho dispositivo de control y/o de
regulación. Por ejemplo, en una instalación de desalación de agua
de mar posibilita que las posiciones comunicadas por una unidad de
evaluación de cuerpos de separación de fluidos sean tenidas en
cuenta en el control y/o regulación de las armaduras y bombas
utilizadas.
Un ejemplo de realización de la invención se ha
mostrado en el dibujo y se explicará a continuación de manera
detallada.
En la figura se ha mostrado la construcción de
un detector de posición montado, de manera que en un tubo (1) con
un grosor de paredes (2) se ha mostrado una pieza móvil en forma de
cabezal de limpieza (3) con elementos de estanqueidad (4). En el
elemento de limpieza (3) se encuentra un imán permanente (5) de
forma anular, magnetizado de forma axial con respecto al tubo (1),
para la generación de un campo magnético detectable. El tubo (1)
está fabricado en un acero resistente a alta presión, de tipo
magnetizable. En el exterior, sobre el tubo (1) se ha dispuesto un
sensor magnético en forma de bobina (6) con espiras (7) de la
bobina. La bobina (6) facilita señales de medición con intermedio
de conductores de conexión (8, 9) a una unidad de evaluación (10)
dotada de medios indicadores (11).
En el exterior, sobre el tubo (1) se encuentra
un elemento de armadura (13) en forma de U realizado en material
ferromagnético, que en la zona de instalación sobre la pared del
tubo (2) forma un circuito magnético cerrado. La bobina (6) rodea
un brazo (14) del elemento de armadura (13). Entre los brazos (14)
del elemento de armadura (13) está dispuesto en la zona intermedia
un imán permanente (15). Dicho imán genera el campo magnético para
la saturación del tubo (1) en el lugar de la detección de posición
(12). En este caso se trata preferentemente de un imán permanente
magnetizado radialmente con respecto al tubo (1). Se pueden
conseguir igualmente buenos resultados con la utilización de varios
imanes permanentes individuales. El flujo magnético del imán
permanente (15) constituye en el elemento de armadura (13) y en la
pared (2) del tubo un circuito magnético. En base al material
ferromagnético del elemento de armadura (13), las líneas del campo
magnético, que se han mostrado en el dibujo según líneas de puntos
creadas por el imán permanente (15), se aumenta la sensibilidad de
medición del detector de
posición.
posición.
La saturación magnética en el lugar de detección
(12) disminuye el apantallado magnético del tubo (1) en el lugar de
detección (12), de manera que el campo magnético que procede del
cabezal de limpieza (3) con el imán permanente (5) puede ser
detectado de manera simple sobre el tubo (1). Al desplazarse el
cabezal de limpieza (3) con respecto a la bobina de medición (6) se
genera en ésta un impulso de tensión que es evaluado por la unidad
de evaluación (10) y/o queda indicado mediante el dispositivo
indicador (11). Mediante la reducción del efecto de apantallado (1)
en el lugar de detección (12) es suficiente un número reducido de
espiras (7) en la bobina, y se generan para velocidades de
desplazamiento habituales del cabezal de limpieza (3) impulsos de
tensión sensibles. La tensión varía de modo proporcional a la
velocidad del cabezal de limpieza.
Cuando tiene lugar el acercamiento del cabezal
de limpieza (3) que se desplaza en el tubo (1) al detector de
posición, varía el campo magnético del imán permanente (5) que se
encuentra en el cabezal de limpieza (3) la resistencia magnética en
la parte de la pared del tubo en la que está colocado el elemento de
armadura (13). Como consecuencia, el flujo magnético generado por
el imán permanente (15) dentro del brazo del elemento de armadura
(13), que por lo demás tiene características regulares, recibe la
influencia de la aproximación del cabezal de limpieza (3) y del
imán permanente (5) que se encuentra en el mismo. De esta manera, se
desplaza el flujo magnético en uno de ambos brazos de la armadura,
de manera que se genera una variación de flujo medible en la bobina
(6). De esta manera, se genera por el desplazamiento del cabezal de
limpieza (3) un impulso de tensión inducido en la bobina de
medición (6) de polaridad alterna, correspondiendo a la variación
del flujo magnético dentro de la bobina de medición (6). Una unidad
de evaluación (10) con medio indicador (11) efectúa la captación,
evaluación y/o indicación de las señales de medición y/o de los
valores calculados. La unidad de evaluación (10) está conectada
mediante un conductor (16) a un dispositivo de control y/o de
regulación que no se ha mostrado de bombas y armaduras de la
instalación.
De manera alternativa, la generación de la
saturación magnética en el lugar de la detección de posición (12)
puede tener lugar mediante una o varias bobinas recorridas por una
corriente eléctrica. De manera alternativa, la saturación magnética
del tubo (1) puede tener lugar parcialmente de este modo. En la
disposición que se ha mostrado, la bobina de medición (6) actúa
solamente en la detección del cabezal de limpieza (3) en el conducto
tubular. Alternativamente, es posible generar mediante la bobina de
medición (6) el flujo de saturación magnética de manera total o
parcial. La bobina (6) utilizada presenta en la figura un núcleo de
la bobina constituido por un brazo (14) del elemento de armadura
(13) que rodea la bobina (6) para el incremento de la sensibilidad
de medición.
Claims (10)
1. Detector de posición para una pieza que se
desplaza dentro de un tubo, cuyo detector de posición está dotado
de un imán permanente unido a la pieza que se encuentra en
movimiento y un detector de campo magnético montado en el tubo,
caracterizado porque el detector de posición presenta medios
de saturación magnética del tubo (1) en la zona de la detección de
posición (12).
2. Detector de posición, según la reivindicación
1, caracterizado porque el detector de campo magnético está
formado, como mínimo, por una bobina de medición (6) dispuesta en el
exterior sobre el tubo (1).
3. Detector de posición, según la reivindicación
2, caracterizado porque la bobina de medición (6) rodea
paralelamente un elemento de culata ferromagnética (13) dispuesto
en el exterior sobre el tubo (1).
4. Detector de posición, según la reivindicación
1, 2 o 3, caracterizado porque un elemento de armadura (13),
que se extiende en dirección del tubo (1), forma un circuito
magnético con una sección parcial limítrofe del tubo (1).
5. Detector de posición, según la reivindicación
1 a 4, caracterizado porque la saturación magnética del tubo
(1) es realizada por uno o varios imanes permanentes (15) dispuestos
en el exterior sobre el
tubo (1).
tubo (1).
6. Detector de posición, según la reivindicación
5, caracterizado porque un imán permanente (15) magnetizado
en sentido radial con respecto al tubo (1) forma parte integral del
elemento de armadura (13).
7. Detector de posición, según la reivindicación
5 o 6, caracterizado porque el imán permanente (15) está
dispuesto entre dos ramales (14) de un elemento de armadura
(13).
8. Detector de posición según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pieza en
movimiento está conectada con un imán permanente (5) magnetizado en
el sentido axial con respecto al
tubo (1).
tubo (1).
9. Detector de posición, según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el detector de
posición presenta medios (10) para captar, analizar y/o indicar las
señales del detector de campo magnético.
10. Detector de posición, según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el detector de
posición está conectado con un control de nivel
superior y/o medios de regulación.
superior y/o medios de regulación.
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