ITPD960135A1

ITPD960135A1 - STOP FOR MAGNETIC FLOW MEASUREMENT OF LIQUIDS CHARACTERIZED BY HAVING A REDUCED INSULATED AREA WITH ONLY ONE ELECTRODE POSITIONED

Info

Publication number: ITPD960135A1
Application number: IT96PD000135A
Authority: IT
Inventors: Francesco Guiotto
Original assignee: Automation Srl
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-11-28
Also published as: ITPD960135A0; IT1287910B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: of the patent for INDUSTRIAL INVENTION entitled:

“Tronchetto per la misura magnetica di portata per liquidi caratterizzato dall’avere una ridotta zona isolata con un solo elettrodo posizionato all’interno.” "Socket for magnetic flow rate measurement for liquids characterized by having a small isolated area with only one electrode positioned inside."

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

Attualmente i misuratori magnetici di portata per liquidi comprendono un tronchetto internamente rivestito di materiale isolante, attrezzato con due induttori magnetici collocati sull’esterno antagonisti secondo una disposizione diametrale nonché da due elettrodi che spuntano sulla superficie interna del materiale isolante in quadratura con gli induttori magnetici. Il materiale di cui è costituito il tronchetto (in genere di tipo metallico) deve essere trasparente ai campi magnetici ed il rivestimento interno deve essere isolante dal punto di vista elettrico e nel contempo resistente alla aggressività dei liquidi in transito. Currently, magnetic flow meters for liquids include a stub internally coated with insulating material, equipped with two magnetic inductors placed on the outside antagonists according to a diametrical arrangement as well as two electrodes that sprout on the inner surface of the insulating material in quadrature with the magnetic inductors. The material of which the socket is made (generally of the metal type) must be transparent to magnetic fields and the internal coating must be insulating from an electrical point of view and at the same time resistant to the aggressiveness of liquids in transit.

All’esterno del tronchetto, come sopra detto, in posizione pressoché diametrale vengono collocati due induttori (in genere due espansioni polari complete di avvolgimento) per attivare il campo magnetico che attraversa il tronchetto. Outside the socket, as mentioned above, two inductors (generally two polar expansions complete with winding) are placed in an almost diametrical position to activate the magnetic field that crosses the socket.

In posizione diametrale ed in quadratura e cioè a 90 gradi rispetto al flusso magnetico e tra loro contrapposti vengono collocati due elettrodi che lambiscono il liquido. Secondo principi noti, questa realizzazione consente l’instaurarsi di una tensione E tra gli elettrodi, proporzionale alla velocità v del liquido che passa. Note le caratteristiche costruttive e geometriche del tronchetto ( quali la area A della sezione e la distanza / tra gli elettrodi) ed ancora l’induzione B del campo magnetico, dalla misura della fem indotta E si risale alla portata mediante la formula dove K è un fattore di scala. In a diametrical and quadrature position, ie at 90 degrees with respect to the magnetic flux and opposed to each other, two electrodes are placed which touch the liquid. According to known principles, this embodiment allows the establishment of a voltage E between the electrodes, proportional to the speed v of the passing liquid. Known the constructive and geometric characteristics of the socket (such as the area A of the section and the distance / between the electrodes) and again the induction B of the magnetic field, from the measurement of the induced emf E we can trace the flow rate using the formula where K is a scale factor.

Fondamentale è la condizione che nel tubo in cui sono stati collocati gli elettrodi detto tubo sia elettricamente isolato escludendo che il liquido venga a contatto con superfici conduttrici prossime agli elettrodi. It is essential that the tube in which the electrodes have been placed is electrically insulated, preventing the liquid from coming into contact with conductive surfaces close to the electrodes.

Per tubazioni di grande diametro, data la difficoltà di instaurare un adeguato campo magnetico che attraversi il tubo, si addotta un analogo principio, come sopra esposto, modificato nella disposizione delle espansioni polari. For large diameter pipes, given the difficulty of establishing an adequate magnetic field that crosses the pipe, an analogous principle is adopted, as described above, modified in the arrangement of the pole pieces.

Gli induttori di campo magnetico si collocano in doppia coppia in un piano trasversale, distanziati con una adeguata angolatura ( inferiore ovviamente di 180°) ed i due elettrodi vengono posizionati in quadratura con il flusso magnetico. The magnetic field inductors are placed in double pairs in a transversal plane, spaced at an adequate angle (obviously lower than 180 °) and the two electrodes are positioned in quadrature with the magnetic flux.

La portata viene determinata secondo i principi esposti in precedenza con la applicazione della stessa formula dove K è un adeguato fattore di scala. The flow rate is determined according to the principles set out previously with the application of the same formula where K is an adequate scale factor.

Soluzioni diverse possono ottenersi con corpi provvisti di elettrodi e induttori magnetici configurati a monoblocco che vengono inseriti su di un tronchetto applicato con disposizione radiale sulla tubazione interessata al passaggio del liquido di cui si vuole misurare la portata, e fatti sporgere all’interno di dette tubazioni di una certa entità. Different solutions can be obtained with bodies equipped with electrodes and magnetic inductors configured as a monobloc that are inserted on a stub applied with a radial arrangement on the pipe involved in the passage of the liquid whose flow rate is to be measured, and made to protrude inside said pipes. of a certain size.

Anche in questi casi gli elettrodi sono due e la corrente determinata dalla d.d.p. del liquido che taglia nel suo movimento le linee di flusso magnetico si chiude sostanzialmente tra i due elettrodi. I lati deboli che presentano le realizzazioni sopra esposte sono sostanzialmente due: gli elevati costi e la possibilità di misure non sempre precise. Also in these cases there are two electrodes and the current determined by the d.d.p. of the liquid that cuts the magnetic flux lines in its movement substantially closes between the two electrodes. The weaknesses of the above-mentioned realizations are substantially two: the high costs and the possibility of measurements that are not always precise.

La attuazione della camicia di materiale elettricamente isolante che deve essere applicata sulla superficie interna dei tronchetti adibiti alla misura di portata, ed attrezzati con gli induttori magnetici e con gli elettrodi (che attraversando le pareti isolanti lambiscono il liquido che scorre), pone delle problematiche non indifferenti. The implementation of the jacket of electrically insulating material that must be applied on the internal surface of the logs used for flow measurement, and equipped with magnetic inductors and electrodes (which, crossing the insulating walls, lap the flowing liquid), poses problems not indifferent.

A prescindere dagli elevati costi propri dei materiali isolanti (quali teflon ed ebanite) la applicazione della camicia isolante deve essere effettuata da ditte specializzate per cui necessita inoltrare il tronchetto in dette ditte ed attendere dei tempi più o meno lunghi. Regardless of the high costs inherent in insulating materials (such as Teflon and ebonite), the application of the insulating jacket must be carried out by specialized companies for which it is necessary to forward the log to these companies and wait for more or less long times.

Il dipendere da terzi ed i tempi di attesa si concretizzano in aumenti di costi di produzione. Dependence on third parties and waiting times translate into increases in production costs.

Tentare di fare magazzino di detti tronchetti completi di camicia è pressoché impossibile perché le esecuzioni vengono effettuate su commessa. Le attese lunghe possono comportare anche la perdita delle commesse non escludendo pure la perdita della clientela. Attempting to stock these logs complete with shirt is almost impossible because the executions are carried out on order. Long waits can also lead to the loss of orders, not excluding the loss of customers.

Secondo problema è quello della bontà delle misure. Second problem is that of the goodness of the measures.

Come si è visto, nella misura della portata c’entra l’area della sezione interna del liquido che passa, area che viene definita dalla sezione interna del rivestimento isolante. Se la camicia applicata all’interno non è ben aderente al tronchetto, al variare della pressione del liquido, il materiale isolante può cedere elasticamente appoggiandosi sulle pareti del tronchetto e ciò determina una variazione dell’area della sezione falsando di conseguenza la bontà della misura. Questo perché si è modificato nella determinazione della portata il parametro A (area) che (vedi formula in precedenza esposta) è considerato fisso ossia una costante. As we have seen, in the measurement of the flow rate, the area of the internal section of the passing liquid is included, an area that is defined by the internal section of the insulating coating. If the jacket applied inside is not well adherent to the stub, as the pressure of the liquid changes, the insulating material can yield elastically leaning on the walls of the stub and this determines a variation in the area of the section, consequently distorting the goodness of the measure. This is because parameter A (area) has changed in the determination of the flow rate, which (see the formula described above) is considered fixed, i.e. a constant.

Scopo del presente brevetto è quello di ovviare ai suddetti problemi connessi ai costi e connessi alla bontà delle misure. La nuova realizzazione adottata, vista a posteriori può sembrare quasi intuitiva e di tipo semplicistico. Nessuno finora ha mai ventilato la possibilità di ottenere la realizzazione che caratterizza il presente trovato. The purpose of the present patent is to obviate the aforementioned problems connected to costs and connected to the goodness of the measures. The new implementation adopted, seen in retrospect, may seem almost intuitive and simplistic. Up to now no one has ever mentioned the possibility of obtaining the embodiment that characterizes the present invention.

Il tronchetto viene realizzato, come in precedenza, ancora in materiale trasparente al flusso magnetico. The socket is made, as before, still in transparent material to the magnetic flux.

Non viene più applicata la camicia interna di materiale isolante che lo interessa per intero. Al suo posto viene applicato un elemento laminare piastriforme di ridotte dimensioni e nel mezzo viene fatto emergere un elettrodo che verrà lambito dal liquido che passa. The internal jacket of insulating material that affects it in its entirety is no longer applied. In its place, a small plate-like laminar element is applied and an electrode emerges in the middle which will be lapped by the passing liquid.

Non viene più applicato il secondo elettrodo la cui funzione viene ora fatta assumere dalla parte metallica del tronchetto stesso, circostante la zona isolata. La differenza di potenziale si instaura tra detto elettrodo e le parti metalliche de tronchetto. Il circuito della corrente che si instaura va da detto elettrodo alle suddette parti metalliche a ridosso delia zona isolata. The second electrode is no longer applied, the function of which is now assumed by the metal part of the stub itself, surrounding the isolated area. The potential difference is established between said electrode and the metal parts of the socket. The current circuit that is established goes from said electrode to the aforementioned metal parts close to the isolated area.

Nulla invece è cambiato in merito al numero degli induttori magnetici che si trovano all’esterno in quadratura con le linee di corrente che vanno dall’elettrodo alle zone della massa metallica del tronchetto. However, nothing has changed regarding the number of magnetic inductors that are located outside in quadrature with the current lines that go from the electrode to the areas of the metal mass of the socket.

I risultati delle misure per risalire alla portata rimangono corrispondenti a quelli ottenuti con le realizzazioni note attualmente in uso. The results of the measurements to trace the flow rate remain corresponding to those obtained with the known embodiments currently in use.

Quanto in precedenza descritto risulta chiarito dall’esame delle allegate tavole dei disegni. What has been described above is clarified by examining the attached tables of the drawings.

La fig. 1 rappresenta schematicamente il principio funzionale di un tronchetto attrezzato per la misura di portata per liquidi. Si è contraddistinto con 2 la configurazione tubolare (avente la sezione di area A) all’interno della quale scorrono i filetti fluidi del liquido 1 ; con v il vettore della velocità del liquido; con Ej ed E2 gli elettrodi che lambiscono il liquido; con li e I2 gli induttori magnetici; con B le linee di flusso magnetico; con E 10 strumento rivelatore della d.d.p. che si instaura sugli elettrodi EI -E2. Fig. 1 schematically represents the functional principle of a stub pipe equipped for measuring the flow rate for liquids. The tubular configuration (having the section of area A) is distinguished with 2 within which the fluid threads of the liquid 1 flow; with v the velocity vector of the liquid; with Ej and E2 the electrodes that touch the liquid; with li and I2 the magnetic inductors; with B the magnetic flux lines; with E 10 detector instrument of the d.d.p. which is established on the EI -E2 electrodes.

La fig. 2 mostra schematicamente in sezione un tronchetto 2 attrezzato con gli elettrodi Ei ed E2 e con gli induttori li e I2 per la misura della portata del liquido che vi scorre all’interno. Fig. 2 schematically shows in section a stub 2 equipped with electrodes Ei and E2 and with inductors li and I2 for measuring the flow rate of the liquid flowing inside.

11 materiale di cui è costituito il tronchetto è di tipo trasparente al campo magnetico (per esempio acciaio inox). Si è contraddistinto con 3 le espansioni polari degli induttori li e I2 con 4 la camicia isolante che ricopre l’interno del tronchetto 2; con 5 i conduttori che alimentano gli induttori magnetici li e I2 e che collegano gli elettrodi E1 e E2; con 6 il portapressacavo con 10 la calotta in materiale ferroso per la chiusura del flusso magnetico degli induttori l1 e I2; con 7 il tappo per il riempimento con resina 13 della cavità presente tra l’esterno del tronchetto 2 e la calotta IO; con 8 il pressacavo; con 9 il cavo a più poli. The material of which the socket is made is transparent to the magnetic field (for example stainless steel). The polar expansions of the inductors I1 are marked with 3 and I2 with 4 the insulating jacket that covers the inside of the stub pipe 2; with 5 the conductors which supply the magnetic inductors I1 and I2 and which connect the electrodes E1 and E2; with 6 the cable gland holder with 10 the cap in ferrous material for closing the magnetic flux of inductors l1 and l2; with 7 the cap for filling with resin 13 of the cavity present between the outside of the socket 2 and the cap 10; with 8 the cable gland; with 9 the multi-pole cable.

La fig. 3 mostra schematicamente in sezione un tronchetto 2 (in genere di grandi dimensioni) attrezzato da due elettrodi Ej ed E2 e da due coppie polari I1-I2, ed I3-I4 per la misura della portata del liquido che scorre all’interno. La adozione di due coppie polari viene fatto per sopperire la difficoltà del flusso magnetico ad attraversare tubazioni di grande diametro. Si è contraddistinto con 4 la camicia isolante che ricopre l’interno del tronchetto 2; con 5 i conduttori che alimentano gli induttori magnetici L, I2, I3, I4 e che collegano gli elettrodi E1 ed E2; con 6 il portacavo, con 10 la calotta in materiale ferroso che per la chiusura del campo magnetico degli induttori I1, I2, I3, I4; con 7 il tappo per il riempimento in resina 13 delle cavità presenti tra l’esterno del tronchetto 2 e la calotta 10; con 8 il pressacavo; con 9 il cavo a più poli. Fig. 3 schematically shows in section a stub 2 (generally large) equipped with two electrodes Ej and E2 and two pole pairs I1-I2, and I3-I4 for measuring the flow rate of the liquid flowing inside. The adoption of two pole pairs is done to overcome the difficulty of the magnetic flux in crossing large diameter pipes. The insulating jacket that covers the inside of the socket 2 is identified with 4; with 5 the conductors which supply the magnetic inductors L, I2, I3, I4 and which connect the electrodes E1 and E2; with 6 the cable holder, with 10 the cap in ferrous material which for closing the magnetic field of the inductors I1, I2, I3, I4; with 7 the cap for filling in resin 13 of the cavities present between the outside of the socket 2 and the cap 10; with 8 the cable gland; with 9 the multi-pole cable.

La fig. 4 mostra schematicamente in sezione un tronchetto 2 realizzato secondo il presente trovato. La precedente camicia isolante interna si riduce ad una placca piastriforme dalla cui parte centrale emerge un solo elettrodo contraddistinto con Ej. La funzione del secondo elettrodo E2 è espletata dalla superficie metallica del tronchetto e cioè dalla “massa”. Gli induttori magnetici non sono ora collocati in opposizione con disposizione diametrale ma sono ravvicinati all’elettrodo Ei da bande opposte in maniera che il flusso magnetico da essi prodotto possa essere più intenso in corrispondenza dei filetti fluidi che scorrono in prossimità dell’elettrodo. Si sono contraddistinti con 3 le espansioni polari degli induttori L e I2 con 11 la placca isolante (piastrina) applicata all’interno del tronchetto 2; con 5 i conduttori che alimentano gli induttori magnetici I1 e I2 e che collegano gli elettrodi E1 e E2; con 6 il portapressacavo; con 10 la calotta in materiale ferroso per la chiusura del flusso magnetico degli induttori I1 e I2; con 7 il tappo per il riempimento con resina 13 della cavità presente tra l’estremo del tronchetto 2 e la calotta 10; con 8 il pressacavo; con 9 il cavo a più poli. Fig. 4 schematically shows in section a stub 2 made according to the present invention. The previous internal insulating jacket is reduced to a plate-like plate from whose central part emerges a single electrode marked Ej. The function of the second electrode E2 is carried out by the metal surface of the socket, that is, by the "mass". The magnetic inductors are not now placed in opposition with a diametrical arrangement but are close to the electrode Ei from opposite bands so that the magnetic flux produced by them can be more intense in correspondence with the fluid threads that flow near the electrode. The polar expansions of inductors L and I2 are marked with 3 with 11 the insulating plate (plate) applied inside the stub pipe 2; with 5 the conductors which supply the magnetic inductors I1 and I2 and which connect the electrodes E1 and E2; with 6 the cable gland holder; with 10 the cap in ferrous material for closing the magnetic flux of inductors I1 and I2; with 7 the cap for filling with resin 13 of the cavity present between the end of the stub 2 and the cap 10; with 8 the cable gland; with 9 the multi-pole cable.

La fig. 5 rappresenta un tronchetto visto assonometricamente. Si è contraddistinto con 2 il tronchetto in materiale trasparente al campo magnetico; con 4 la camicia isolante; con 10 la calotta in materiale ferroso per facilitare la chiusura del flusso magnetico generato dagli induttori l1 e I2 posti al suo interno; con 12 le flange con fori poste alle estremità. Fig. 5 represents a log viewed axonometrically. The stub in material transparent to the magnetic field is distinguished with 2; with 4 the insulating jacket; with 10 the cap made of ferrous material to facilitate the closure of the magnetic flux generated by the inductors l1 and l2 placed inside it; with 12 flanges with holes at the ends.

La fig. 6 è una vista frontale di un tronchetto. Si è contraddistinto con 12 la flangia con fori posta alla estremità del tronchetto 2; con 4 la camicia isolante posta all’interno; con Ei ed E2 gli elettrodi che sbucano dal materiale isolante. Fig. 6 is a front view of a stub. The flange with holes placed at the end of the stub pipe 2 is marked with 12; with 4 the insulating jacket placed inside; with Ei and E2 the electrodes protruding from the insulating material.

La fig. 7 mostra un tronchetto 2 corrispondente alla fig. 5 sezionato trasversalmente con un piano passante in corrispondenza degli elettrodi attrezzato di elettrodi E1 ed E2 e di induttori L ed I2. Si è contraddistinto con 2 la parte tubolare del tronchetto; con 12 la flangia di estremità provvista di fori; con 10 la calotta in materiale ferroso; con 4 la camicia interna di materiale isolante. Fig. 7 shows a stub 2 corresponding to fig. 5 cross-sectioned with a plane passing through at the electrodes equipped with electrodes E1 and E2 and inductors L and I2. The tubular part of the stub pipe is marked with 2; with 12 the end flange provided with holes; with 10 the cap in ferrous material; with 4 the inner jacket of insulating material.

La fig. 8 mostra un tronchetto 2 corrispondente a quello della fig. 5 sezionato longitudinalmente secondo un piano diametrale perpendicolare allo allineamento degli elettrodi E1 ed E2. Si è contraddistinto con 2 la parte tubolare del tronchetto; con 12 le flange di estremità; con 10 la calotta di materiale ferroso; con l1 e I2 gli induttori magnetici; con 4 la camicia isolante interna; con E1 (E2) l’elettrodo che lambisce il liquido in transito. Fig. 8 shows a stub 2 corresponding to that of fig. 5 sectioned longitudinally according to a diametrical plane perpendicular to the alignment of electrodes E1 and E2. The tubular part of the stub pipe is marked with 2; with 12 the end flanges; with 10 the cap made of ferrous material; with l1 and I2 the magnetic inductors; with 4 the internal insulating jacket; with E1 (E2) the electrode that laps the liquid in transit.

Dopo quanto in precedenza esposto emerge che l’idea inventiva che caratterizza il presente trovato consiste nell’avere rivoluzionato un concetto ormai consolidato, abolendo la camicia isolante estesa all’intera superficie interna del tronchetto e limitando risolante ad un ridotto elemento laminare piastriforme nella cui zona centrale spunta un solo elettrodo chiamato a lambire il liquido che vi scorre a contatto. Detta innovazione riduce sensibilmente i costi inerenti ai vari fattori di produzione ed aumenta la possibilità di migliorare l’esito delle misure della portata. After the foregoing, it emerges that the inventive idea that characterizes the present invention consists in having revolutionized a by now consolidated concept, abolishing the insulating jacket extended to the entire internal surface of the socket and limiting resolving to a reduced plate-like laminar element in the area of which a single electrode appears in the center, called to lick the liquid that flows in contact with it. This innovation significantly reduces the costs inherent in the various production factors and increases the possibility of improving the outcome of the flow measurements.

Vista la semplicità della innovazione, le facili varianti che si possono attuare e che derivano dal concetto inventivo del presente trovato, sono da considerarsi senza dubbio ricadenti nel brevetto rivendicato. Given the simplicity of the innovation, the easy variants which can be implemented and which derive from the inventive concept of the present invention, are undoubtedly to be considered as falling within the claimed patent.

Claims

CLAIMS 1) "Socket for magnetic flow rate measurement for liquids characterized by including: • a socket (2) in transparent material to the magnetic field, with or without flanges (12) at the ends; • at least one plate-like laminar element of electrical insulating material (11) of limited dimensions fixed on the internal surface of the stub; • at least one electrode (E1) which crosses the insulating material (11) in an almost central area and protrudes from said insulating material so as to lick the liquid flowing in contact with it; • at least one pair of magnetic inductors (I1 and I2) placed on the outside of the tubular configuration of the socket in a symmetrical position to an electrode and close to it, so that their magnetic flux lines cut the fluid threads of the liquid flowing inside inside of the socket adhering to the electrode; • a possible cap (or a piece of cap) of ferrous material (10) with the function of closing the path of the magnetic flux generated by the pair of magnetic inductors; • the conductors for powering the amperspires of the magnetic inductors and the conductors for connecting the electrode that crosses the plate-like laminar element of insulating material and the metal mass of the trunk (which acts as a second electrode).

2) Socket for magnetic flow rate measurement for liquids according to the first claim, characterized by the fact that the socket is provided with at least one plate-like laminar element of electrical insulating material fixed on its internal surface, leaving the remaining internal surface free of electrical insulator.

3) Socket for magnetic flow rate measurement for liquids according to one of the preceding claims characterized by the fact that an electrode emerges from the central area of the plate-like laminar element of insulating material capable of touching the fluid threads of the liquid flowing adhering to it.

4) Socket for the magnetic flow rate measurement for liquids according to one of the preceding claims characterized by the fact that the second electrode (E2), which contributes to the measurement with the insulated electrode (E1) protruding into the liquid from a central area of the element laminar (11) plate-like insulating material for measuring the ddp, E, is identified with the metal mass of the stub pipe (2) whose internal surface is in contact with the liquid flowing inside., 5) Socket for magnetic flow rate measurement for liquids according to the preceding claims, all characterized as a whole as substantially described and depicted according to a preferential solution by way of example.