PL200852B1 - Przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa i urządzenie do pomiaru masowego natężenia przepływu zawierające przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest przep lywomierz do pomia- ru masowego nat ezenia przep lywu z wykorzystaniem si ly Coriolisa, zawieraj acy rurk e czujnika nat ezenia przep lywu. Przeplywomierz charakteryzuje si e tym, ze rurka czujnika nat ezenia przep lywu (206) jest umieszczona w obudowie pró zniowej (207), a na zewn atrz obudowy (207) jest usytu- owane urz adzenie nap edzaj ace (208) do wprawiania prze- plywu w drgania. Przep lywomierz zawiera równie z co naj- mniej jeden czujnik pojemno sciowy (210) do mierzenia w rurce czujnika nat ezenia (206) skr ecenia strumienia pod wp lywem si ly Coriolisa. Przedmiotem wynalazku jest rów- nie z urz adzenie do pomiaru masowego nat ezenia przep ly- wu, zawieraj ace przep lywomierz. Urz adzenie charakteryzu- je si e tym, ze z rurk a czujnika nat ezenia przep lywu (206) jest sprz ezony magnes (304), przy czym rurka czujnika nat e- zenia przep lywu (206) jest umieszczona w obudowie (207). Na zewn atrz obudowy (207) jest usytuowane uzwojenie elektro- magnetyczne (306) do wprawiania przep lywu w drgania oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemno sciowy (210) do mierzenia w rurce czujnika nat ezenia (206) skr ecenia stru- mienia pod wp lywem si ly Coriolisa. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa i urządzenie do pomiaru masowego natężenia przepływu zawierające przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu. Tego typu przepływomierz jest stosowany zwłaszcza do pomiaru i sterowania masowego natężenia przepływu, w urządzeniu do pomiaru i sterowania masowego natężenia przepływu w oparciu o działanie siły Coriolisa.

Pomiar masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem działania siły Coriolisa uzyskuje się w następujący sposób. Siła Coriolisa pojawia się na skutek przemieszczenia się pewnej masy w ustalonym kierunku, a następnie zmuszania jej do zmiany kierunku z wektorową składową prostopadłą do ustalonego kierunku przepływu. Można to wyrazić następującym równaniem:

Fc = M x to (gdzie Fc (wektor siły Coriolisa) jest iloczynem wektorowym M (wektor masowego natężenia przepływu) i to (wektor prędkości kątowej).

W układzie wirującym wektor prędkości kątowej jest skierowany wzdłuż osi obrotu. Przy zastosowaniu reguły prawej dłoni palce wyznaczają kierunek obrotu, a wystawiony kciuk określa kierunek wektora prędkości kątowej. W przypadku typowego czujnika natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa rurka, przez którą ma przepływać płyn, jest wprawiana w drgania. Często rurka ta ma kształt jednej lub kilku pętli. Kształt pętli jest taki, że wektor masowego natężenia przepływu jest zwrócony w przeciwnych kierunkach w różnych częściach pętli. Pętle rurki mogą przykładowo być w kształcie litery U, prostokątne, trójkątne lub zwojowe. W szczególnym przypadku prostej rurki istnieją dwa równoczesne wektory prędkości kątowej, które są zgodne z punktami zakotwienia rurki, natomiast wektor masowego natężenia przepływu ma jeden kierunek. Wektor prędkości kątowej zmienia kierunki, ponieważ w układzie drgającym zmienia się kierunek obrotu. Na skutek tego w dowolnej chwili siła Coriolisa działa w przeciwnych kierunkach tam, gdzie wektory masowego natężenia przepływu lub wektory prędkości kątowej są zwrócone w przeciwnych kierunkach. Ponieważ wektor prędkości kątowej stale zmienia się w układzie drgającym, siła Coriolisa również ciągle zmienia się. Wynikiem jest nakładanie się dynamicznego ruchu skręcającego na ruch drgający rurki. Wartość skręcenia jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu przy danej prędkości kątowej.

Pomiar masowego natężenia przepływu uzyskuje się przez mierzenie skręcenia rurki czujnikowej na skutek siły Coriolisa wytwarzanej przez ruch płynu poprzez rurkę czujnikową. Typowe znane urządzenia wykorzystują czujniki zawierające pary magnes-uzwojenie usytuowane na rurce przepływowej, gdzie oczekiwane jest największe przemieszczenie powodowane przez siłę Coriolisa. Uzwojenie i magnes montowane są na przeciwległych konstrukcjach, np. magnes jest montowany na rurce, a uzwojenie montowane jest na ściance nieruchomej obudowy. Magnes będzie poruszał się do wewnątrz i na zewnątrz uzwojenia indukując w uzwojeniu przepływ prądu elektrycznego. Natężenie tego prądu jest proporcjonalne do prędkości magnesu względem uzwojenia. Ponieważ jest to pomiar prędkości, zatem prędkość, a więc również sygnał ma maksimum wówczas, gdy rurka przepływowa przechodzi przez swój punkt spoczynku (przejście przez zero). Skręcenie wywoływane przez siłę Coriolisa powoduje przesunięcie fazy w sygnale prędkości, który jest wykrywany przez pomiar różnicy pomiędzy dwoma czujnikami prędkości w chwilach przejścia przez zero. W praktyce wymaga to dużej dokładności od obwodu pomiaru czasu. Może to ograniczać ostateczną czułość pomiaru masowego natężenia przepływu tym sposobem.

Ponadto możliwości określania natężenia przepływu za pomocą znanych urządzeń opartych na technice Coriolisa często są ograniczone do natężeń przepływu, które są większe niż potrzebne do wielu zastosowań. Istniejące urządzenia do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zapewniają ponadto tylko pomiar masowego natężenia przepływu bez integralnych możliwości sterowania przepływem. Zapewnienie środków sterowania przepływem pozostawiono użytkownikowi.

Z niemieckiego opisu patentowego DE 19 605 923 znany jest miernik przepływu liniowego zawierający pojedynczą rurę przepływu 2. Posiada on parę płyt 24 i 25, które są umieszczone na obu stronach rury przepływu 2. Płyta 24 ma dodatni potencjał, podczas gdy płyta 25 ma potencjał ujemny. Rura przepływu 2 jest wykonana z tworzywa sztucznego. Rura przepływu 2 zawiera część prowadzącą 29, przy czym część prowadząca jest ukształtowana z metalicznego, przewodzącego prąd materiału. Część przewodząca 29 jest połączona z i dostarcza sygnał do wzmacniacza pomiarowego 30.

PL 200 852 B1

Angielskie zgłoszenie patentowe GB 2221302A ujawnia urządzenie do pomiaru masy przepływu cieczy i/lub gęstości, mające zasadniczo U kształtny kanał przepływu uformowany na wsporniku za pomocą techniki mikroobróbki, takiej jak litografia i proces trawienia. Wierzchołkowa pokrywa jest połączona ponad wspornikiem dla objęcia kanału, przy czym łączenie jest wykonane za pomocą elektrostatycznych lub anodowych środków wiążących. Poprzez wibrację wspornikowego elementu, podczas przepływu płynu i wyczuwanego związanego z tym ruchu, może być pomierzony przepływ masy i gęstość cieczy. Wzbudzenie i detekcja mogą być termiczne, optyczne, elektrostatyczne, piezoelektryczne lub elektromagnetyczne.

Przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, według wynalazku, zawierający rurkę czujnika natężenia przepływu, charakteryzuje się tym, że rurka czujnika natężenia przepływu jest umieszczona w obudowie próżniowej, a na zewnątrz obudowy jest usytuowane urządzenie napędzające do wprawiania przepływu w drgania oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy do mierzenia w rurce czujnika natężenia skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa.

Co najmniej jeden czujnik pojemnościowy jest umieszczony w obudowie.

Korzystnym jest gdy z rurką czujnika natężenia przepływu jest sprzężony magnes, zaś urządzenie napędzające zawiera uzwojenie elektromagnetyczne.

Uzwojenie elektromagnetyczne stanowi cewkę indukcyjną.

Korzystnym jest gdy magnes jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich, a w szczególności gdy magnes jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem.

Próżniowa obudowa jest nie magnetyczna.

Korzystnie obudowa próżniowa jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu jest połączona z magnesem, a na zewnątrz czujnika pojemnościowego jest usytuowany elektromagnes, przy czym elektromagnes i magnes napędzają rurką czujnika natężenia przepływu.

Obudowa próżniowa jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu jest połączona z magnesem, a na zewnątrz czujnika pojemnościowego jest usytuowany elektromagnes, którego oś środkowa jest ułożona prostopadle do czoła magnesu, przy czym elektromagnes i magnes napędzają rurką czujnika natężenia przepływu.

Przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, według innego przykładu, charakteryzuje się tym, że rurka czujnika natężenia przepływu jest umieszczona w obudowie próżniowej, a na zewnątrz obudowy jest usytuowane urządzenie napędzające do wprawiania w drgania rurkę czujnika natężenia przepływu oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy do mierzenia w rurce czujnika natężenia skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa, przy czym co najmniej jeden czujnik pojemnościowy jest usytuowany bezstykowo z rurką czujnika natężenia przepływu.

Co najmniej jeden czujnik pojemnościowy jest umieszczony w obudowie.

Korzystnym jest gdy z rurką czujnika natężenia przepływu jest sprzężony magnes, zaś urządzenie napędzające zawiera uzwojenie elektromagnetyczne.

Uzwojenie elektromagnetyczne stanowi cewkę indukcyjną.

Korzystnie magnes jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich, a w szczególności magnes jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem.

Próżniowa obudowa jest nie magnetyczna.

Korzystnie obudowa próżniowa jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu jest połączona z magnesem, a na zewnątrz czujnika pojemnościowego jest usytuowany elektromagnes, przy czym elektromagnes i magnes napędzają rurką czujnika natężenia przepływu.

Obudowa próżniowa korzystnie jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu jest połączona z magnesem, a na zewnątrz czujnika pojemnościowego jest usytuowany elektromagnes, którego oś środkowa jest ułożona prostopadle do czoła magnesu, przy czym elektromagnes i magnes napędzają rurką czujnika natężenia przepływu.

Urządzenie do pomiaru masowego natężenia przepływu, zawierające przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu posiadający rurkę czujnika natężenia przepływu, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że z rurką czujnika natężenia przepływu jest sprzężony magnes, przy czym rurka czujnika natężenia przepływu jest umieszczona w obudowie, a na zewnątrz obudowy jest usytuowane uzwojenie elektromagnetyczne do wprawiania przepływu w drgania oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy do mierzenia w rurce czujnika natężenia skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa.

PL 200 852 B1

Korzystnym jest gdy co najmniej jeden czujnik pojemnościowy jest umieszczony w obudowie, zaś obudowa jest nie magnetyczna.

Korzystnie magnes jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich, a w szczególnoś ci magnes jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem. Obudowa jest próżniowa. Korzystnym jest gdy uzwojenie elektromagnetyczne jest otwartym uzwojeniem. Proponowane rozwiązanie są łatwe w obsłudze.

Przedmiot wynalazku w przykładach realizacji został objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 jest schematem blokowym przedstawiającym koncepcyjnie przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według wynalazku, fig. 2A i 2B przedstawiają przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd elektromagnetyczny, fig. 3A i 3B przedstawiają przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd elektrostatyczny, fig. 4A i 4B przedstawiają przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd akustyczny, fig. 5A i 5B przedstawiają przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd piezoelektryczny, fig. 6 jest schematem zblokowanego wzmacniacza do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego przez siłę Coriolisa, fig. 7 jest schematem dwukanałowego wzmacniacza zblokowanego do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego przez siłę Coriolisa, fig. 8 jest wykresem ilustrującym zależność pomiędzy amplitudami sygnałów wejściowych z czujników położenia rurki czujnikowej z wykorzystaniem sposobów przetwarzania sygnał u, fig. 9 jest schematem podwójnego wzmacniacza zblokowanego do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego siłą Coriolisa według wynalazku, fig. 10 jest schematem podwójnego wzmacniacza zblokowanego zawierającego regulację częstotliwości odniesienia do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego siłą Coriolisa według wynalazku, fig. 11 przedstawia pierwszy przykład wykonania pojemnościowego czujnika, fig. 12 przedstawia drugi przykład wykonania pojemnościowego czujnika, fig. 13 przedstawia trzeci przykład wykonania pojemnościowego czujnika zastosowanego w urządzeniu według wynalazku, fig. 14 jest widokiem perspektywicznym urządzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według wynalazku, fig. 15 jest przekrojem urządzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig. 14, fig. 16 jest widokiem urządzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig.15 w rozłożeniu na części, fig. 17A i 17B przedstawiają odpowiednio pewne aspekty znanego gwintowanego połączenia zaworu i uszczelnionego połączenia zaworu, fig. 18 jest widokiem perspektywicznym przykładu wykonania urządzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według dalszych aspektów wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono schemat blokowy ilustrujący koncepcyjnie przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa zgodny z wynalazkiem.

Przepływomierz 1 zawiera rurkę 2 czujnika natężenia przepływu z zespołem napędowym 3 usytuowanym względem niej tak, aby wprowadzało rurkę 2 w drgania. Czujniki 4 przemieszczenia są usytuowane względem rurki 2 tak, aby mierzyć skręcanie rurki 2 przez siłę Coriolisa.

Typowym materiałem na czujnikową rurkę 2 jest stal nierdzewna 316L. Powodem zastosowania stali nierdzewnej jest to, że jest ona odporna na działanie chemiczne wielu substancji, również jest ona odporna na rozerwanie przez normalne ciśnienia technologiczne, jest zwykle pozbawiona zanieczyszczeń i może być jej łatwo nadawany żądany kształt rurki czujnika Coriolisa. Jednakże stal nierdzewna nie nadaje się do wszystkich zastosowań. Konieczna jest zatem, dostępność innych materiałów na rurki, zwłaszcza dla takiego zastosowania, gdzie stal nierdzewna nie jest odpowiednia. Znane urządzenia wykorzystują krzem jako materiał alternatywny wobec stali nierdzewnej. Zaletą krzemu wobec stali nierdzewnej jest to, że rurki czujnikowe można wytwarzać mniejsze niż to jest osiągalne przy stali nierdzewnej. Innym zagadnieniem przy rozpatrywaniu wyboru materiału na rurkę czujnika natężenia przepływu 2 jest wytrzymałość na powstające naprężenia lub zwiększona korozja. Naprężenie powstaje przy podstawie zginanego ramienia, gdzie montowane są rurki. W materiałach polikrystalicznych naprężenia będą powodowały dyfuzję zanieczyszczeń zawartych w materiale i skupianie się ich na granicach ziaren pomiędzy ziarnistymi obszarami mikrokrystalicznymi. W wielu przypadkach będzie to osłabiać wiązanie pomiędzy ziarnami mikrokrystalicznymi, na skutek czego materiał staje się łatwiej podatny na działanie chemiczne. Przy materiałach monokrystalicznych, takich jak krzem lub szafir są mniej narażone na takie oddziaływanie. Metale, takie jak stal nierdzewna, są zwykle polikrystaliczne i dlatego są bardziej narażone na tego rodzaju działanie chemiczne w różnym stopniu. Materiały bezpostaciowe, takie jak szkło krzemionkowe i kilka tworzyw sztucznych, również są odporniejsze

PL 200 852 B1 na działanie chemiczne spowodowane naprężeniem, ponieważ nie mają struktury ziarnistej, jak w przypadku materiał ów polikrystalicznych. Materiał y stosowane na rurki, które są wraż liwe na dział anie chemiczne, mogą mieć swe powierzchnie zmodyfikowane lub powleczone w taki sposób, aby zmniejszyć do minimum korozję lub oddziaływanie na tych powierzchniach, jeżeli poza tym stosowanie takiego materiału jest zachęcające. Modyfikację powierzchni można przeprowadzić przez wszczepienie jonów, dyfuzję cieplną oraz reakcję chemiczną lub elektrochemiczną. Celem jest tu usunięcie, zmiana rozmieszczenia lub wprowadzenie substancji pierwiastkowych lub cząsteczkowych, które pozostawiają warstwę odporną chemicznie na powierzchni. Powlekanie powierzchni można realizować przez uaktywniane cieplnie osadzanie z pary, cieczy lub proszku uderzającego w powierzchnię przy podwyższonej temperaturze. Niższe temperatury można stosować, jeżeli substancja reaktywna chemicznie jest również pobudzana lub jonizowana przez plazmę lub silny strumień fotonów, np. z lasera. Inne materiały odporne na atak chemiczny można osadzać przez niereaktywne fizyczne naparowywanie, np. przez naparowywanie cieplne lub wiązką elektronów, albo napylanie jonami. Jeżeli napylanie przeprowadza się wiązką jonów o dużej energii, tak że napylane substancje są chemicznie pobudzone lub zjonizowane, wówczas przebiega również reakcja chemiczna z powierzchnią, która może być pożądana dla pewnych osadzanych materiałów. Ponadto reakcje chemiczne przy powierzchni mogą być przeprowadzane przez takie przyspieszanie substancji chemicznych, że ich energia kinetyczna może być wykorzystywana do aktywacji lub wspomagania reakcji chemicznej.

Materiałami stosowanymi na rurkę czujnika przepływu 2 z wykorzystaniem siły Coriolisa w określonych przykładach realizacji przedmiotowego wynalazku są austenityczne i martenzytyczne stale nierdzewne, stopy o dużej zawartości niklu, tytan i cyrkon oraz ich stopy, w szczególności stopy tytanu, wanadu i glinu oraz cyrkaloj (ze względu na ich wysoką granicę plastyczności i mały moduł sprężystości), krzem, szafir, węglik krzemu, szkło krzemionkowe i tworzywa sztuczne. Materiały do powlekania rurek stosowane według przedmiotowego wynalazku obejmują węglik krzemu, nikiel, chrom, diament, węgliki ogniotrwałe, ogniotrwałe azotki metali oraz ogniotrwałe tlenki metali. Figury 2A i 2B przedstawiają przepływomierz 1 do mierzenia masowego natężenia przepływu działający na zasadzie siły Coriolisa zgodny z określonymi przykładami realizacji wynalazku. Przepływomierz 1 masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystuje elektromagnetyczny zespół napędowy 10, który zawiera elektromagnes 12 sterowany przez źródło sygnału (nie pokazane), które w przedstawionym przykładzie realizacji stanowi źródło sygnału sinusoidalnego. Elektromagnes 12 jest usytuowany w pobliżu niewielkiego trwałego magnesu 14 zamontowanego na rurce 16 czujnika. Rurka 16 czujnika jest dołączona do podstawy 18, która ma pierwszy i drugi otwór 19, tak aby utworzyć drogą przepływu z jednego otworu 19 poprzez rurkę przepływową 16 do drugiego otworu 19. Przykładowa rurka czujnikowa 16 przedstawiona w opisanych tu przykładach wykonania, ma zasadniczo kształt litery U, chociaż można stosować również inne kształty, takie jak kształt trójkątny, prostokątny, zwinięty lub rurkę prostą. Figury 3A i 3B przedstawiają przykład wykonania podobny do pokazanego na fig. 2 z zastosowaniem napędu elektrostatycznego. Elektrostatyczny zespół napędowy 20 zawiera ładowaną płytkę 22 usytuowaną w pobliżu niewielkiej dielektrycznej płytki 24 zamontowanej na czujnikowej rurce 16. Jeżeli rurka 16 jest wykonana z materiału dielektrycznego, wówczas ładowana płytka 22 jest usytuowana w pobliżu rurki 16, a płytkę dielektryczną 24 można wyeliminować. Ładowana płytka jest znów sterowana przez źródło sygnału (nie pokazano), takie jak źródło sygnału sinusoidalnego. Napięcie doprowadzane do ładowanej płytki 22 będzie wytwarzać pole elektryczne pomiędzy nią a dielektryczną płytką 24. Spowoduje to powstanie ładunku powierzchniowego na dielektrycznej płytce 24. Gdy biegunowość napięcia na ładowanej płytce 22 będzie gwałtownie zmieniana, uzyskane pole elektryczne pomiędzy nią a płytką dielektryczną 24 będzie na przemian przyciągać lub odpychać przepływową rurkę 16 wprawiając ją w drgania.

Figury 4A i 4B przedstawiają inny przykład wykonania przepływomierza 1 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, który ma nowy akustyczny zespół napędowy 30. Akustyczny zespół napędowy 30 zawiera niewielki głośnik 32 umieszczony blisko rurki 16. Fale ciśnienia wytwarzane przez głośnik 32 powodują drgania rurki 16.

Na fig. 5A, 5B i 5C przedstawiono jeszcze inny przykład wykonania przepływomierza 1 masowego natężenia przepływu z zastosowaniem siły Coriolisa. Ten przepływomierz 1 do mierzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig. 5A, 5B i 5C wykorzystuje piezoelektryczny zespół napędowy 40, w którym dwa piezoelektryczne stosy 42 są usytuowane po przeciwnych stronach każdego ramienia przepływowej rurki 16, tworząc dwa bimorfy na każdym ramieniu 16,

PL 200 852 B1 jak pokazano na fig. 5. Zjawiska piezoelektryczności i odwrotnej piezoelektryczności wykorzystywane są do napędzania i/lub wyczuwania wygięcia rurki 16.

Pomiar masowego natężenia przepływu uzyskuje się przez mierzenie skręcenia rurki czujnikowej 16 na skutek siły Coriolisa wytwarzanej przez płyn przemieszczający się poprzez rurkę 16 czujnika. Przykładowo czujniki zawierające pary złożone z magnesu i uzwojenia umieszcza się zwykle na przepływowej rurce 16 tam, gdzie oczekiwane jest największe przemieszczenie spowodowane siłami Coriolisa. Uzwojenie i magnes montuje się na przeciwległych strukturach, np. magnes montuje się na rurce 16, a uzwojenie na nieruchomej ściance pakietu. Magnes będzie poruszać się w uzwojeniu do wewnątrz i na zewnątrz indukując w tym uzwojeniu prąd elektryczny. Natężenie tego prądu jest proporcjonalne do prędkości ruchu magnesu względem uzwojenia. Ponieważ jest to pomiar prędkości, zatem prędkość, a więc i sygnał, ma wartość maksymalną, gdy przepływowa rurka 16 przechodzi przez swój punkt spoczynku (przejście przez zero). Skręcenie wywoływane przez siłę Coriolisa powoduje przesunięcie fazowe sygnału prędkości, które jest wykrywane przez pomiar różnicy czasów przejścia przez zero pomiędzy dwoma czujnikami prędkości. W praktyce powoduje to postawienie dużych wymagań dotyczących dokładności obwodu pomiaru czasu. Może to ograniczyć końcową czułość pomiaru masowego natężenia przepływu tym sposobem. Pewne aspekty przedmiotowego wynalazku zapewniają technikę pomiaru natężenia przepływu, która przewiduje mniejszą przepustowość, jest bardziej bezpośrednia i wymaga mniejszej dokładności obwodu niż konwencjonalne techniki przetwarzania sygnału w oparciu o czas. Jak pokazano na fig. 2-4, przemieszczenie drgającej rurki czujnikowej mierzy się za pomocą czujników pojemnościowych. Dwa pojemnościowe czujniki 50 przemieszczenia są usytuowane w pobliżu rurki 16 w miejscach symetrycznych względem kształtu rurki 16 tak, aby mierzyć skręcenie rurki czujnikowej 16 na skutek siły Coriolisa wytwarzanej przez przepływ płynu poprzez rurkę 16 czujnika. W specyficznych przykładach realizacji przedmiotowego wynalazku pojemnościowe czujniki 50 przemieszczenia są zminiaturyzowane i montowane powierzchniowo na ściance pakietu czujnika lub na korpusie czujnika wprowadzonym w pętlę rurki czujnika natężenia przepływu. Skręcenie rurki czujnikowej 16 na skutek siły Coriolisa powoduje przesunięcie fazowe pomiędzy dwoma sygnałami z pojemnościowych czujników 50 przemieszczenia. Ponieważ jest to pomiar przemieszczenia, sygnał jest wprost proporcjonalny do przemieszczenia. Względne przemieszczenie z każdej strony rurki jest mierzone jako przesunięcie fazowe. Obwody elektroniczne sterowania czujnika i przetwarzania sygnału przekładają względne przemieszczenie rurki 16 na sygnał o wysokim poziomie, który jest funkcją przesunięcia fazy, która może być wykorzystywana do mierzenia zjawiska Coriolisa, gdy odbywa się przepływ poprzez rurkę 16.

Pierwszy sposób przetwarzania sygnału wykorzystuje zblokowany wzmacniacz z sygnałem odniesienia doprowadzanym przez jeden z czujników 50 przemieszczenia oraz z sygnałem wejściowym doprowadzanym przez drugi czujnik 50 przemieszczenia. Każdy czujnik 50 może dostarczać sygnał odniesienia lub sygnał wejściowy. Wyjściowy sygnał fazowy ze zblokowanego wzmacniacza jest proporcjonalny do natężenia przepływu. Figura 6 jest schematem działania zblokowanego wzmacniacza 52, za pomocą którego można realizować taki sposób mierzenia przesunięcia fazowego wywołanego przez siłę Coriolisa według przedmiotowego wynalazku. Sygnały poruszają się z lewej strony do prawej, jak pokazano na fig. 6. Sygnały lewego wejścia 100 i prawego wejścia 102 pochodzą z lewego i prawego czujnika 50 przemieszczenia. Przykładowo lewe wejście 100 może być wykorzystywane jako sygnał odniesienia. Sinusoidalne wyjście 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z sygnałem na lewym wejściu 100. Będzie ono sterować w rezonansie rurkę 16 czujnika przepływu. Sygnał prawego wejścia 102 jest mieszany z sygnałem lewego wejścia 100 i z przesuniętym w fazie o 90° sygnałem 104 w dwóch fazowo czułych detektorach 106. Te fazowo czułe detektory 106 mnożą oba te sygnały wytwarzając składową wysokiej częstotliwości i składową stałą. Dolnoprzepustowe filtry 108 usuwają składową wysokiej częstotliwości, wytwarzając napięcie stałe na wyjściach 110, 112 odpowiednio X i Y. Wyjście X 110 nazywane jest składową w fazie, a wyjście Y 112 nazywane jest składową kwadraturową wektorowego sygnału względem sygnału odniesienia. Każda z tych składowych jest wrażliwa na fazę. Jednakże wartość wektora i składowe fazowe można rozdzielić poprzez następujące zależności:

równanie 1 R = (x² + Y²)^1/2, wartość bezwzględna równanie 2 θ = arctg (Y/X), kąt fazy

Zależność pomiędzy sygnałami wyjściowymi zblokowanego wzmacniacza 52 a sygnałami wejściowymi z czujników 50 przemieszczenia uzyskiwana jest następująco:

PL 200 852 B1

Rozważmy dwa sygnały jako fale sinusoidalne o dowolnych amplitudach i dowolnej różnicy faz.

Każdy sygnał można przedstawić następująco:

V| = V_od = A sino

V_p = B sin (ot + φ)

Na dolnym czułym fazowo detektorze 106 zachodzi następujące działanie:

X' = V_od* (Vp) = A sinot* [B sin (ot + φ)]

X' = 1/2 AB [(cosφ) - cos (2ot + φ)]

Sygnał ten ma składową stałoprądową i składową przemiennoprądową o podwojonej częstotliwości. Dolnoprzepustowy filtr 108 usuwa składową zmienną pozostawiając

X= 1/2ABcosφ

Na górnym czułym fazowo detektorze 106 zachodzi następująca operacja:

Y' = A cosot * [B sin(ot + φ)]

Mamy tu mnożnik cosinusowy, ponieważ cosot = sin(ot + 90°).

Y' = 1/2 AB (βΐπφ) + 1/2 AB sin (2ot + φ)

Znów mamy sygnał ze składową przemiennoprądową i stałoprądową, które przechodzą przez dolnoprzepustowy filtr 108, aby w wyniku otrzymać:

Y = 1/2 AB sirn:>.

Po obliczeniu wartości R i kąta przesunięcia fazy θ z równań 1 i 2 otrzymujemy:

R = 1AB i θ = φ

Obliczenia te mogą być przeprowadzane przez dowolny cyfrowy lub analogowy procesor 120. Faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu. Inny sposób zgodny z przykładami realizacji wynalazku wymaga dwukanałowego zblokowanego wzmacniacza z sygnałem odniesienia i jednym sygnałem wejściowym, które są dostarczane przez jeden z czujników 50 przemieszczenia oraz z drugim sygnałem wejściowym dostarczanym przez drugi czujnik 50 przemieszczenia. Różnica pomiędzy tymi dwoma sygnałami wejściowymi jest następnie mierzona w stosunku do sygnału odniesienia. Wynikowy sygnał wyjściowy fazy ze zblokowanego wzmacniacza jest proporcjonalny do natężenia przepływu. Figura 7 jest schematem działania dwukanałowego zblokowanego wzmacniacza 54. Sygnały biegną tu w taki sam sposób i mają takie same definicje jak na fig. 6. Lewy sygnał wejściowy 100 jest również wykorzystywany jako sygnał odniesienia. Jak poprzednio sinusoidalny sygnał wyjściowy 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z lewym wejściowym sygnałem 100. W tym przypadku lewy wejściowy sygnał 100 jest odejmowany od prawego wejściowego sygnału 102 i mieszany z lewym wejściowym sygnałem 100 odniesienia oraz z jego przesuniętym w fazie o 90° sygnałem 104 w dwóch czułych na fazę detektorach 106. Wewnętrzne funkcje są takie same jak w zblokowanym wzmacniaczu 52 z fig. 6.

Następujące wyprowadzenie można wykorzystać do wyznaczenia zależności pomiędzy sygnałami wyjściowymi ze zblokowanego wzmacniacza 54 a sygnałami wejściowymi z czujników 52 przemieszczenia. Do przeprowadzenia tych obliczeń można wykorzystać każdy odpowiedni cyfrowy lub analogowy procesor 120.

Rozważmy te dwa sygnały jako fale sinusoidalne o dowolnych amplitudach i dowolnej różnicy fazy. Każdy sygnał można przedstawić następująco:

V| = Vod = A sin ot

V_p = B sin (ot+φ)

Sygnał wyjściowy niskoszumowego wzmacniacza różnicowego 114 w takim przypadku będzie Vod - Vp.

Na dolnym czułym na fazę detektorze 106 przebiega następujące działanie:

X' = V_od (V_od - V_p) = A sinot [A sinot - B sin(i^)]

X' = 1/2 A²[1-cos2ot] - 1/2 AB[cos + cos ^ot+φ)]

Sygnał ten ma składową stałoprądową i składową przemiennoprądową o podwojonej częstotliwości. Dolnoprzepustowy filtr 108 usuwa składową przemiennoprądową pozostawiając

X= 1/2 A² - 1/2 ABcosφ

Na górnym czułym fazowo detektorze przebiega następujące działanie:

Y' = ¹/? A cosot [A sinot - B sin (ot+φ)]

Mamy mnożnik cosinusoidalny ponieważ cosot = B sin (ot+90°)

Y' = 1/2 A² sin2ot -1/2 AB sirn|> -1/2 AB sin(2ot+φ)

PL 200 852 B1

Znów mamy sygnał ze składową przemiennoprądową i stałoprądową, który po przejściu przez filtr dolnoprzepustowy daje:

Y = -1/2 AB s^

Po obliczeniu wartości R i kąta fazy φ z równań 1 i 2 otrzymujemy:

R = 1/2 A(A²+B² - 2AB^)^1/2 θ = arctg (B sirk> * (B cosφ - A)^-1) θ nie jest już kątem fazowym, ale jest to arctg, funkcja kąta fazy i amplitud lewego i prawego sygnału wejściowego. Analiza tego równania wykazuje, że θ jest silną funkcją φ. Rzeczywiście, względne amplitudy sygnałów wejściowych mogą sterować siłą tej funkcji. Można to przedstawić na wykresie z fig. 8, gdzie A i B są amplitudami odpowiednio lewego i prawego sygnału. Gdy amplitudy te są ściślej dopasowane, większa jest czułość sygnału wyjściowego θ zblokowanego wzmacniacza. Nawet przy amplitudach, które są dopasowane w granicach 2%, czułość θ wobec φ jest prawie 100 razy większa niż w standardowej konfiguracji wzmacniacza zblokowanego. Figura 9 jest schematem działania podwójnego zblokowanego wzmacniacza 56, z którym realizowany jest inny przykładowy sposób mierzenia przesunięcia fazowego wywoływanego przez siłę Coriolisa według wynalazku. Sygnały przemieszczają się w taki sam sposób i mają takie same definicje, jak podano powyżej. Lewy sygnał wejściowy 100 jest również używany jako sygnał odniesienia. Jak poprzednio sinusoidalny sygnał wyjściowy 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z lewym wejściowym sygnałem 100. W tym przypadku lewy wejściowy sygnał 100 jest zmieszany ze sobą i ze swym przesuniętym w fazie o 90° sygnałem w dwóch wrażliwych na fazę detektorach 106 w górnym zblokowanym wzmacniaczu 58. W dolnym zblokowanym wzmacniaczu 60 prawy wejściowy sygnał 102 jest mieszany z lewym wejściowym sygnałem 100 i z jego przesuniętym o 90° w fazie sygnałem w dwóch wrażliwych na fazę detektorach 106. Sparowane wyjścia z czułego na fazę detektora 106 bez przesunięcia fazy i z czułego na fazę detektora 106 z przesunięciem fazy są różniczkowane w dwóch nisko szumowych wzmacniaczach różnicowych 114. Składowe stałoprądowe tych sygnałów są przepuszczane przez dolnoprzepustowe filtry 108, aby otrzymać zwykłe sygnały wyjściowe wzmacniacza zblokowanego. Operacje matematyczne, które mogą być realizowane przez dowolne odpowiednie cyfrowe lub analogowe procesory 120, są takie same jak w sposobie przedstawionym powyżej w nawiązaniu do fig. 7, chociaż kolejność realizacji operacji jest inna. W sposobie z fig. 7 z dwoma kanałami zblokowanymi dwa sygnały o wysokim poziomie o bardzo małych różnicach są odejmowane od siebie. Sygnał o niskim poziomie jest następnie mnożony przez sygnał o wysokim poziomie, który może wprowadzać szum w obwodach analogowych lub zaokrąglać błędy w obwodach cyfrowych. W dwukanałowej technice zblokowania z fig. 9 sygnały o wysokim poziomie są najpierw mnożone, a wynikowe sygnały, które mają bliską amplitudę, są następnie odejmowane, przez co uzyskuje się sygnał wyjściowy o niskim współczynniku szumu. Użycie zblokowanego wzmacniacza jest najsilniej zauważane w odniesieniu do mierzenia sygnału o niskim poziomie, który jest ukryty w szumie o znacznie wyższej amplitudzie. Zblokowany wzmacniacz realizuje to przez działanie w charakterze niezwykle wąskiego filtru pasmowo - przepustowego. Sygnał i szum są mnożone przez sinusoidalny i cosinusoidalny przebieg odniesienia, a następnie przepuszczane przez filtr dolnoprzepustowy, by usunąć częstotliwość odniesienia. Wynikiem tych operacji mnożenia i filtrowania są sygnały prądu stałego, które reprezentują wektor zespolony (x + iy). Różnica fazy pomiędzy częstotliwością odniesienia a interesującym sygnałem może być określona poprzez funkcję arctg (y/x). Jeśli chodzi o pomiar siły Coriolisa, interesująca jest różnica fazy pomiędzy dwoma sygnałami o tej samej częstotliwości. Można to zrealizować stosując podwójne wzmacniacze zblokowane, każdy sterowany taką samą częstotliwością odniesienia, jak pokazano na fig. 10. W schemacie działania pokazanym na fig. 10 wejściowe sygnały 100, 102 lewy i prawy są mnożone przez sinusoidalny i cosinusoidalny przebieg odniesienia, które są wytwarzane przez generator 144 częstotliwości odniesienia. Sygnały wejściowe 100, 102 są mieszane z sinusoidalnym i cosinusoidalnym sygnałem w czułych fazowo detektorach 106, następnie przechodzą przez dolnoprzepustowy filtr 148, pracujący według piątego rzędu funkcji Bessela IIR, jak opisano na podstawie fig. 6, 7 i 9. Opisany powyżej proces mnożenia-filtrowania przeprowadzany jest na wejściowych sygnałach 100, 102 lewym i prawym z wynikowym sygnałem wyjściowym X, Y różnicy faz każdego sygnału względem częstotliwości odniesienia. Różnica pomiędzy tymi dwoma sygnałami X, Y reprezentuje różnicę faz pomiędzy dwoma wejściowymi sygnałami 100, 102. W przypadku przepływu masowego ze zjawiskiem Coriolisa ta różnica faz reprezentuje wskazanie masowego natężenia przepływu 152. Przy stosowaniu zblokowanych wzmacniaczy do mierzenia bardzo małych różnic fazy związanych z masowym przepływem ze zjawiskiem Coriolisa konieczne jest regulowanie częstotliwości

PL 200 852 B1 odniesienia, aby była dopasowana do interesującego sygnału. Jeżeli sygnał odniesienia nie jest bardzo bliski interesującego sygnału, wówczas na wyjściach filtrów dolnoprzepustowych 148 pojawi się sygnał przemienny o bardzo małej częstotliwości. Częstotliwość zmian czujnika Coriolisa wraz z masowym natężeniem przepływu, temperaturą, gęstością i ciśnieniem dodatkowo komplikuje proces pomiarowy. Częstotliwość odniesienia można regulować dokładnie przez przetwarzanie wektora wyjściowego z jednego z wyjściowych sygnałów 100, 102. Najpierw oblicza się pochodną wektora wyjściowego. Można tego dokonać przez obliczenie zespolonej różnicy pomiędzy dwoma kolejnymi wektorami wyjściowymi. Następnie pierwotny wektor wyjściowy obraca się o 90° i oblicza się iloczyn skalarny tego wektora i pochodnej, otrzymując w wyniku sygnał 150 błędu, który jest podawany na generator 144 częstotliwości odniesienia. Sygnał błędu 150 jest ujemny, dodatni lub zerowy, jeżeli częstotliwość odniesienia trzeba regulować odpowiednio do dołu, do góry lub pozostawić bez zmian. Wartość regulacji częstotliwości odniesienia jest zależna od dokładności pomiaru fazy, ale ogólnie im dokładniejsza jest regulacja, tym lepsza jest dokładność określana przez obliczenie standardowej dewiacji na pewnej liczbie próbek sygnału wyjściowego. Jednakże dokładniejsza regulacja (małe zmiany skokowe) częstotliwości odniesienia będzie szkodliwa, jeżeli występują skokowe zmiany w częstotliwości sygnału, ponieważ generator 144 częstotliwości odniesienia potrzebuje zbyt długiego czasu na osiągnięcie zamierzonej częstotliwości. Jeżeli częstotliwość sygnału doznaje częstych skokowych zmian, wówczas można zastosować regulację proporcjonalno-całkująco-różniczkującą lub algorytm adaptacyjny, by regulować częstotliwość odniesienia w odpowiedniejszy sposób. W alternatywnych przykładach wykonania czujnika 50 przemieszczenia można zamontować na piezoelektrycznych serwomotorach, które będą po pierwsze ustawiać czujnik 50 w postaci pojemnościowej sondy przemieszczenia w trzech wymiarach. Ponadto, przy zastosowaniu z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym lub opisanymi tu sposobami z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym te serwomotory piezoelektryczne mogą dynamicznie ustawiać czułość czujnika natężenia przepływu, zapewniając przez to rozszerzony zakres działania.

Takie dynamiczne ustalanie położenia zapewnia kompensowanie zmienności wytwarzania, zwłaszcza ustawianie położenia rurki czujnika przepływu względem pojemnościowej sondy przemieszczenia. Ustawianie dynamiczne zapewnia również kompensację wymiarowych przesunięć na skutek względnej rozszerzalności cieplnej różnych części składowych.

Zastosowane w połączeniu z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym lub z podwójnym wzmacniaczem zblokowanym ustawianie dynamiczne umożliwia ścisłe dopasowanie dwóch sygnałów przemieszczenia, aby zapewnić regulowaną czułość na przepływ. Mała czułość byłaby używana w warunkach silnego przepływu, natomiast wysoka czułość byłaby używana w rozszerzonych warunkach słabego przepływu, przez co zwiększa się zakres dynamiczny pomiaru natężenia przepływu. Przykłady realizacji przedmiotowego wynalazku dodatkowo przedstawiają ulepszone pojemnościowe techniki pomiaru, w szczególności nowy kształt geometryczny pojemnościowej sondy przemieszczenia. Normalnie przemieszczenie przedmiotu jest mierzone jako odległość prostopadła do pojemnościowej sondy przemieszczenia. Przemieszczenie może być również mierzone jako odległość styczna do pojemnościowej sondy przemieszczenia. Jak pokazano na fig. 11, można to zrealizować przez umieszczenie dwóch płytek 130 obok siebie z równomierną szczeliną 132 pomiędzy tymi płytkami 130 i umieszczenie w pobliżu czujnikowej rurki 134 w płaszczyźnie stycznej do kierunku ruchu 136 (zaznaczony strzałką), jak pokazano na fig. 11. W jednym przykładzie wykonania płytki 130 będą miały taki sam potencjał, a rurka 134 czujnika będzie miała potencjał ziemi. Rurka 134 czujnika jest umieszczona bezpośrednio nad szczeliną 132 utworzoną pomiędzy płytkami 130 z oczekiwanym kierunkiem ruchu 136 prostopadłym do szczeliny, tak że cykliczny ruch czujnikowej rurki 134 będzie ustawiał rurkę 134 bliżej jednej płytki 130 niż drugiej płytki 130. Mierzy się względną pojemność pomiędzy każdą z płytek 130 a rurką 134 czujnika. Gdy rurka 134 czujnika porusza się nad jedną płytką 130 lub drugą, zmienia się pole powierzchni związane z pojemnością, na skutek czego mierzy się względną pojemność.

Alternatywna konfiguracja ma szczelinę 132 usytuowaną ukośnie względem rurki 134 czujnika, jak pokazano na fig. 12. Pozwala to na mniej dokładne umieszczenie rurki 134 czujnika nad płaszczyzną płytek 130. Wadliwe ustawienie rurki 134 czujnika będzie powodować mniejsze niedopasowanie sygnału w porównaniu z równoległą szczelina 132. Dalszy przykład realizacji ma szczelinę 132 w kształcie piłozębnym jak pokazano na fig. 13. Jest to ulepszenie wobec ukośnej szczeliny 132, ponieważ kątowe wadliwe ustawienie rurki 134 czujnika względem szczeliny 132, niezależnie od tego czy jest ona równoległa, czy ukośna, będzie powodować różnicę prędkości zmiany pojemności pomiędzy dwiema płytkami 130. Wprowadzi to niepożądaną zmianę fazy pomiędzy dwoma sygnałami.

PL 200 852 B1

Kształt zęba piły będzie uśredniać każde kątowe niewłaściwe ustawienie rurki 134 czujnika, dając sygnały bardziej symetryczne.

Na fig. 14, 15 i 16 przedstawiono przykładowe urządzenie 200 (sterownik) do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa przy słabym przepływie. To urządzenie 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zawiera przepływomierz 202 do pomiaru masowego natężenia przepływu i regulator 204 natężenia przepływu. Procesor wewnętrzny lub zewnętrzny w stosunku do urządzenia 200 masowego natężenia przepływu otrzymuje wskazanie wartości zadanej lub wartości żądanego masowego natężenia przepływu. Wartość zadana jest porównywana z chwilowym masowym natężeniem przepływu pokazywanym przez przepływomierz 202 do pomiaru masowego natężenia przepływu, aby wytworzyć wartość błędu. Regulator 204 natężenia przepływu zawiera zawór, który podlega manipulowaniu w celu ustawienia natężenia przepływu i zmniejszenia błędu do minimum. Realizacja określonych schematów sterowania jest przedsięwzięciem rutynowym dla fachowca korzystającego z niniejszego opisu, w związku z czym nie omówiono tu szczegółowo specyficznych właściwości takiej realizacji.

Przepływomierz 202 do pomiaru masowego natężenia przepływu, który jest otoczony obudową 205, zawiera rurkę 206 czujnika, która jest wygięta na kształt pętli, urządzenie napędowe 208 i dwa czujniki pojemnościowe 210 usytuowane po przeciwległych stronach rurki czujnika natężenia przepływu 206, które mierzą przemieszczenie boków rurki czujnika natężenia przepływu 206. W istniejących urządzeniach Coriolisa przepływomierz do pomiaru masowego natężenia jest zwykle zamknięty w spawanej obudowie metalowej. Rurka czujnika natężenia przepływu usytuowana wewnątrz obudowy ma również przymocowane do niej czujniki przemieszczenia lub prędkości z przewodami łączącymi, poprowadzonymi poprzez przepusty do obwodów elektronicznych na zewnątrz obudowy. Rurka czujnika natężenia przepływu w takich urządzeniach jest stosunkowo duża i ma częstotliwość rezonansową około 100 Hz. W przypadku mniejszych rurek, jak w przykładach wykonania przedmiotowego wynalazku, częstotliwość rezonansowa jest nieco wyższa, rzędu 200 Hz lub więcej. Gdy częstotliwość rośnie, zwiększać się będzie lepkościowe tłumienie powodowane przez warunki atmosferyczne wewnątrz obudowy czujnika. Przez odpompowanie obudowy i zastosowanie wewnątrz niej materiałów kompatybilnych z próżnią, można zmniejszyć lub nawet wyeliminować lepkościowe tłumienie. W przedstawionym przykładzie wykonania rurka czujnika natężenia przepływu 206 jest zatem usytuowana w próżniowej obudowie 207 czujnika.

Rurka czujnika natężenia przepływu 206 jest skonstruowana tak, by umożliwiała sprężyste zginanie prostopadłe do linii łączącej ramiona pętli rurki. Pętla ta jest wystarczająco szeroka, by umożliwić sprężyste skręcanie wokół środkowej linii pętli. Aby mierzyć siłę Coriolisa przy słabych przepływach, trzeba zmniejszyć do minimum masę rurki czujnika natężenia przepływu 206. Wymiary rurki są ważne, ponieważ rurka musi być mała, a jednak zdolna do utrzymywania wewnątrz płynów pod wysokim ciśnieniem. Korzystne jest również, by czujniki pojemnościowe 210 były poza kontaktem, ponieważ wszelki kontakt z rurką czujnika natężenia przepływu 206 lub masa obciążająca rurkę może tłumić siłę Coriolisa. Technologie czujników mogą obejmować czujniki pojemnościowe, magnetyczne, piezorezystywne i optyczne. Piezorezystywne czujniki przemieszczenia z miernikiem naprężenia stykają się z rurką, ale przy podstawie pętli, gdzie przemieszczenie jest minimalne, a naprężenie jest największe. Będzie to miało minimalny wpływ na drgania rurki. Technologie optyczne obejmują różne interferometryczne techniki pomiaru przemieszczenia w świetle laserowym i świetle białym, techniki triangulacyjne, techniki z wielokrotnym odbiciem wewnętrznym i techniki przesłaniania wiązki. Techniki magnetycznego pomiaru przemieszczenia obejmują techniki z wykorzystaniem zjawiska Halla, prądów wirowych, zmiennej reluktancji oraz techniki magnetorezystywne.

Technologię czujników pojemnościowych wykorzystuje się w przedstawionym przykładzie realizacji, ponieważ ma ona czułość wymaganą do mierzenia przemieszczenia rurki, jest bezstykowa i nie ma na nią wpływu magnetyczne urządzenie napędowe. Każdy pojemnościowy czujnik 210 zawiera co najmniej jedną przewodzącą płytkę 300, która jest dołączona do określonego potencjału elektrycznego i jest usytuowana przy rurce 206 czujnika natężenia przepływu tak, aby tworzyć pomiędzy nimi szczelinę. Rurka czujnika natężenia przepływu 206 czujnika masowego natężenia przepływu jest dołączona do potencjału elektrycznego innego niż przewodząca płytka 300. Pojemność pomiędzy przewodzącą płytką 300 a rurką czujnika natężenia przepływu 206 zmienia się na skutek względnego przemieszczenia przewodzącej płytki 300 i rurki 206 czujnika natężenia przepływu, gdy ta rurka drga.

W przedstawionym przykładzie wykonania przewodzące płytki obejmują pierwszą i drugą płytkę, jak opisano powyżej w nawiązaniu do fig. 11-13. W przedstawionym przykładzie wykonania zastosoPL 200 852 B1 wano płytki piłokształtne, jak pokazano na fig. 13. Pojemnościowe czujniki 208 są zmontowane w zintegrowany czujnikowy blok 301 o takich wymiarach, by pasował do wnętrza obudowy 207 czujników, wymiarowo odniesionej do tylnej ścianki obudowy 207 przez wciskane kołki 302. Przewodzące płytki 300 pojemnościowych czujników 210 są wykonane na wielowarstwowej płytce obwodu drukowanego tak, aby utworzyć warstwę ochronną w celu zminimalizowania pojemności pasożytniczej oraz spodnią warstwę stykową do lutowania do czujnikowego bloku 301. Ponieważ pojemnościowe czujniki 210 mają działać w próżni, w przedstawionym przykładzie wykonania zastosowane są materiały nisko odgazowujące. Standardowe materiały z włóknem szklanym nie są kompatybilne wobec próżni. Wymagane właściwości materiałów obejmują kompatybilność wobec próżni, możliwość lutowania, możliwość łączenia wielu warstw ze spojeniem słabo odgazowującym oraz małą stałą dielektryczną dla prostej konstrukcji warstwy ochronnej.

Czujnikowy blok 301 zawierający pojemnościowe czujniki 210 może być ustawiony tak, by optymalizować odległość od czujnikowej rurki 206. Uzyskuje się to przez zastosowanie płytek zawiasowych poddanych obróbce elektroiskrowej. Stożkowe wkręty mocujące rozpychają szczeliny, aby spowodować liniowe i kątowe przemieszczenie czujników pojemnościowych. Ponadto pojemnościowe płytki 300 czujników pojemnościowych zawierają nakładki stykowe, które umożliwiają lutowanie drutów lub łączenia przewodami z płytką 303 obwodu drukowanego z przodu bloku czujników, by połączyć pojemnościowe czujniki 210 z hermetycznie uszczelnionym złączem elektrycznym, które sprzęga się z obwodami elektronicznymi pojemnościowego pomiaru przemieszczenia na zewnątrz obudowy 207 czujników. Urządzenie napędzające 208 wprawia rurkę czujnika natężenia przepływu 206 w drgania gnące. W przedstawionym przykładzie wykonania urządzenie napędzające 208 złożone jest z niewielkiego magnesu 304 przylutowanego na rurce czujnika natężenia przepływu 206 i z niewielkiego uzwojenia elektromagnetycznego 306, by na przemian popychać i ciągnąć magnes 304. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 16 zastosowano magnes nie będący lantanowcem, a zwłaszcza niklowany magnes ze stopu samaru z kobaltem. Magnes ze stopu samaru z kobaltem wykazuje dobry stosunek siły magnetycznej do ciężaru. W tym przykładzie wykonania ciężar magnesu wynosi w przybliżeniu 20 mg. Magnes 304 jest usytuowany u góry pośrodku rurki czujnika natężenia przepływu 206 tak, że bieguny magnetyczne są skierowane równolegle do korzystnego kierunku przemieszczenia rurki.

Uzwojenie 306 (nie pokazane) jest usytuowane na zewnątrz obudowy 207 czujników w sprzężeniu z płytką 209 z obwodem drukowanym. Obudowa 207 czujników jest niemagnetyczna, a więc przezroczysta dla pól magnetycznych. Uzwojenie 306 (nie pokazane) jest typu otwartego w odróżnieniu od konstrukcji toroidalnej. W tym przykładzie wykonania uzwojenie 306 (nie pokazanego) jest dostępną w handlu cewką indukcyjną dużej mocy o indukcyjności nominalnej co najmniej 1 mH. Środkowa oś uzwojenie 306 (nie pokazanego) przebiega prostopadle do powierzchni magnesu 304. Rurka czujnika natężenia przepływu 206 jest wprawiana w rezonans sygnałem z jednego z czujników pojemnościowych jako sprzężenie zwrotne obwodu sterowania uzwojenia poprzez zblokowaną fazowo pętlę. Może to być realizowane jako obwód elektryczny lub w oprogramowaniu. Rurka czujnika natężenia przepływu 206 jest przymocowana do części 212 podstawy, która tworzy wlot 214 przepływu i wylot 216 przepływu, tak że powstaje droga przepływu od wlotu poprzez rurkę czujnika natężenia przepływu 206, przez sterownik 204 przepływu i przez wylot 216 przepływu z czujnika. Sterownik 202 przepływu zawiera korpus 222 miernika z usytuowanym wewnątrz zaworowym uzwojeniem 228 i pokrywą 230 uzwojenia. Zaworowy trzon 232 i tłok 234 są usytuowane w zaworowym uzwojeniu 228, a zaworowy korpus 236 jest dołączony do korpusu 222 miernika z uszczelką 238 pomiędzy nimi. Zaworowe gniazdo 240, sprężyna 242 i dysza 244 są umieszczone wewnątrz zaworowego korpusu 236. Końcowe korpusy 224, 225 są usytuowane na każdym końcu sterownika 204 przepływu z uszczelkami 226 przewidzianymi pomiędzy korpusem 222 miernika a końcowym korpusem 224 i pomiędzy zaworowym korpusem 236 a końcowym korpusem 225. W jednym przykładzie wykonania uszczelki 226 stanowią uszczelki niklowe kształtowane galwanicznie.

W przykładowym wykonaniu urządzenia 200 do mierzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zmontowany jest w następujący sposób. Korpus 222 miernika i obudowa 207 czujnika, jak również płytka 310 podstawy, środkowy słupek 312 i rurka czujnika natężenia przepływu 206 są uformowane i trzymane na miejscu przez zamocowanie, które wymiarowo odnosi rurkę czujnika natężenia przepływu 206 do ścianek obudowy 207 czujnika. Pozostałe części są ustawiane za pomocą wciskanych kołków 330. Części te są następnie lutowane jako jeden zespół. Na rurce czujnika natężenia przepływu 206 lutowany jest magnes 304. Korpus 301 czujnika jest montowany w obudowie 207 za pomocą wciskanych kołków 302. Wciskane kołki 302 przechodzą przez tył

PL 200 852 B1 obudowy 207 na około 0,5 mm. Hermetycznie szczelnie zamknięte złącze 320 jest wciśnięte w tylny otwór 322 obudowy 207. Wciskane kołki 302 korpusu czujnika i hermetycznie szczelnie zamknięte złącze 320 są spawane laserem w celu zapewnienia szczelności. Pokrywa 324 jest umieszczana na przedniej stronie obudowy 207 w środowisku próżniowym i zgrzewana wiązką elektronów na miejscu w celu zapewnienia środowiska uszczelnionego próżniowo.

Pozostałe części składowe zaworu i końcowe korpusy 224, 225 są następnie montowane z korpusem 222 miernika. Mogą być używane niklowe uszczelki 226 formowane galwanicznie, albo też do celów kalibrowania mogą być stosowane elastomeryczne pierścienie uszczelniające o przekroju okrągłym, zastępowane później uszczelkami niklowymi. Obwody elektroniczne są montowane na kompletnym zespole. Na płytce 310 podstawy montowany jest pierścień uszczelniający 332 o przekroju okrągłym, a obudowa 205 jest dociskana do tego pierścienia uszczelniającego 332 o przekroju okrągłym. Zamki krzywkowe na płytce 310 podstawy są obracane w celu zamknięcia obudowy 205. Na pokrywie 336 obwodów elektronicznych montowany jest pierścień uszczelniający 334 o przekroju okrągłym. Pokrywa 336 zespołów elektronicznych umieszczana jest na złączu 336 interfejsu użytkownika. Pokrywa 336 obwodów elektronicznych jest wciskana na miejsce na obudowie 205 z oddziaływaniem na pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym. Zmontowany sterownik 200 masowego natężenia przepływu jest następnie badany i kalibrowany.

Przykładowe urządzenie 200 do pomiaru masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa ma konstrukcję modułową, która ma kilka zalet. Jak już omówiono powyżej, obudowa zespołów elektronicznych jest skonstruowana tak, by działała na pierścienie uszczelniające o przekroju okrągłym przy korpusie przepływowym (pomiędzy dolnym końcem obudowy 205 a płytką 310 podstawy) i u góry na pokrywę oprogramowania użytkownika (pomiędzy górnym końcem obudowy 205 a pokrywą 336 obwodów elektronicznych). Pokrywa 336 obwodów elektronicznych jest dołączona do płytki 340 oprogramowania użytkownika wewnątrz sterownika 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, który jest również dołączony do obwodów elektronicznych pomiaru i regulacji. Pokrywa 336 obwodów elektronicznych i płytka 340 oprogramowania użytkownika razem tworzą sprzężenie z obwodami elektronicznymi użytkownika. Umożliwia to elastyczność konfigurowania oprogramowania w zależności od wymagań użytkownika bez konieczności konstruowania różnych elektronicznych obwodów pomiaru i regulacji oraz obudowy dla każdej konfiguracji użytkownika.

Figura 18 ukazuje przykład wykonania z wariantem oprogramowania użytkownika mającym uszczelnienie i elektryczne przewodzenie. Przykład takiego urządzenia 400 pokazano na fig. 18. Dla porównania przykład wykonania przedstawiony na fig. 14-16 zawiera złącze 342 sprzężone z płytką 340 oprogramowania użytkownika. Jak pokazano na fig. 18, pokrywa 337 zespołów elektronicznych jest rozszerzona, aby utworzyć miejsce na dodatkowe części składowe potrzebne w określonym zastosowaniu. Inną właściwością obudowy 205 uszczelnionej za pomocą pierścieni uszczelniających o przekroju okrągłym jest to, że tworzy ona osłonę dla płynu trzeciego rzędu, przy czym czujnikowa rurka 206 jest osłoną dla płynu pierwszego rzędu, a obudowa 207 czujnika stanowi osłonę drugiego rzędu. Jeżeli płyn objęty sterowaniem zawiera pęcherzyki, wówczas pierścieniowy otwór wokół tłoka w konwencjonalnym zaworze ogranicza przechodzenie pęcherzyków do wylotu zaworu. Pęcherzyki będą się gromadzić u wlotu pierścieniowego otworu, aż przepływ cieczy będzie ograniczony i sterowanie przepływem będzie uniemożliwione. Jeżeli pierścieniowy otwór jest powiększony, zwiększony odstęp tłoka od uzwojenia zaworu zmniejszy siłę pola w obwodzie elektrycznym i przez to zmniejsza skuteczną siłę, którą można osiągnąć w celu otwierania lub zamykania zaworu wbrew działaniu sił hydraulicznych wytwarzanych przez płyn. W przedstawionym sterowniku 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem sił Coriolisa w tłoku 234 wykonany jest kołowy otwór 246. Ten kołowy otwór 246 jest kompatybilny z kształtem i wielkością pęcherzyków, umożliwiając im swobodniejsze przechodzenie przez zawór. Zmniejsza to do minimum możliwość ograniczania przepływu przez pęcherzyki. Otwór 246 przechodzący przez środek tłoka 234 zmniejsza do minimum wszelkie oddziaływania na obwód magnetyczny, tak że utrzymywana jest siła potrzebna do otwierania i zamykania zaworu wbrew działaniu sił hydraulicznych. Przy konwencjonalnych istniejących zaworach tłok zaworu ma uwięzione gniazdo wykonane z pewnego odkształcalnego materiału, które przy dociśnięciu do powierzchni otworu zapewnia uszczelnienie wobec przepływu. W przypadku normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego siła wywierana na gniazdo może być wytwarzana przez sprężynę zrównoważoną tak, że działanie elektromagnesu unosi gniazdo z powierzchni otworu. W przypadku normalnie otwartego zaworu elektromagnetycznego siła wywierana na gniazdo jest wytwarzana przez działanie elektromagnesu i jest równoważona tak, że sprężyna unosi gniazdo z otworu, gdy pole magnetyczne jest usuPL 200 852 B1 nięte. Materiał gniazda może być elastomeryczny, plastyczny, albo może to być ciągliwy metal. Zwykle odkształcenie sprężyste jest korzystniejsze od odkształcenia trwałego, bowiem uszczelka nadaje się wtedy do wielokrotnego użytku. Alternatywnie można stosować na gniazdo i powierzchnię współpracującą materiały twarde, ale z bardzo ścisłymi tolerancjami wykonania, z dokładnie dopasowanymi powierzchniami pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą. Jest to związane z dużym kosztem. Odstęp pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą jest istotny dla działania zaworu, ponieważ siła magnetyczna działająca na tłok nie zmienia się liniowo z przemieszczeniem. W przypadku normalnie otwartego zaworu normalne położenie tłoka, a zatem również gniazda względem powierzchni współpracującej wymaga optymalizowania w celu zapewnienia maksymalnej siły, gdy gniazdo jest doprowadzane do powierzchni współpracującej z równoczesnym umożliwieniem maksymalnego natężenia przepływu w położeniu otwartym. W normalnie zamkniętym zaworze siła wywierana przez gniazdo na powierzchnię współpracującą wytwarzana jest przez sprężynę. Siła sprężyny musi być wystarczająca do zamknięcia wbrew działaniu sił hydraulicznych, a jednak jak najmniejsza, aby umożliwić, by siła magnetyczna podnosiła gniazdo z powierzchni współpracującej na odległość wystarczającą do umożliwienia maksymalnego natężenia przepływu. Istniejące urządzenia mogą wykorzystywać wiele różnych środków do ustawiania odstępu pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą, łącznie z podkładkami regulacyjnymi pod powierzchnią współpracującą lub gniazdem, albo z zastosowaniem gwintowanej śruby regulacyjnej w części posiadającej otwór. Jak pokazano na fig. 17A, typowy gwintowany element regulacyjny w otworze nie zapewnia szczelności pomiędzy korpusem 250 otworu a korpusem 252 zaworu, pozostawiając nieszczelną drogę 254 pomiędzy gwintami 256. Taki gwintowany element regulacyjny wymaga uszczelnienia gwintów 256 przed wyciekaniem płynu. Uszczelnienie to zapewnia oddzielna uszczelka, taka jak np. pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym lub inna uszczelka. Według pewnych aspektów przedmiotowego wynalazku otwór 244 i/lub powierzchnia współpracująca są wykonane z tworzywa sztucznego, które nadaje się do obróbki skrawaniem, by otrzymać gwintowaną część z dokładnym otworem. Jak pokazano w przykładowym wykonaniu przedstawionym na fig. 17B, gwinty 256 są wykonane z nadmiarem przez skrawanie tak, że występuje pasowanie z wciskiem 258 pomiędzy korpusem 250 otworu a korpusem 252 zaworu, by zapewnić uszczelnienie i wyeliminować potrzebę stosowania oddzielnej uszczelki (pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym lub inna uszczelka). Powierzchnia współpracująca otworu jest teraz członem odkształcalnym, co upraszcza konstrukcję i wytwarzanie gniazda zaworowego 240 i tłoka 234 (patrz fig. 15 i 16).

Przedmiotowe rozwiązania nie są ograniczone do żadnej specyficznej konfiguracji tłoka zaworowego. W alternatywnych wykonaniach zamiast zaworu stosuje się pompę. Przykładowo można stosować pompę dozującą w celu sterowania przepływem płynu. W szczególności można stosować pompę piezoelektryczną, która zawiera wiele piezoelektrycznych części rurowych. Te piezoelektryczne części rurowe są sterowane w taki sposób, aby spowodować zwężanie się lub rozszerzanie różnych części rurowych, co umożliwia pożądane sterowanie przepływem płynu.

Claims (25)

1. Przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, zawierający rurkę czujnika natężenia przepływu, znamienny tym, że rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest umieszczona w obudowie próżniowej (207), a na zewnątrz obudowy (207) jest usytuowane urządzenie napędzające (208) do wprawiania przepływu w drgania oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) do mierzenia w rurce czujnika natężenia (206) skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa.

2. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) jest umieszczony w obudowie (207).

3. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że z rurką czujnika natężenia przepływu (206) jest sprzężony magnes (304), zaś urządzenie napędzające (208) zawiera uzwojenie elektromagnetyczne (306).

4. Przepływomierz według zastrz. 3, znamienny tym, że uzwojenie elektromagnetyczne (306) stanowi cewkę indukcyjną.

5. Przepływomierz według zastrz. 3, znamienny tym, że magnes (304) jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich.

PL 200 852 B1

6. Przepływomierz według zastrz. 5, znamienny tym, że magnes (304) jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem.

7. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że próżniowa obudowa (207) jest nie magnetyczna.

8. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa próżniowa (207) jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest połączona z magnesem (304), a na zewnątrz czujnika pojemnościowego (210) jest usytuowany elektromagnes, przy czym elektromagnes i magnes (304) napędzają rurką czujnika natężenia przepływu (206).

9. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa próżniowa (207) jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest połączona z magnesem (304), a na zewnątrz czujnika pojemnościowego (210) jest usytuowany elektromagnes, którego oś środkowa jest ułożona prostopadle do czoła magnesu (304), przy czym elektromagnes i magnes (304) napędzają rurką czujnika natężenia przepływu (206).

10. Przepływomierz do mierzenia masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, zawierający rurkę czujnika natężenia przepływu, znamienny tym, że rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest umieszczona w obudowie próżniowej (207), a na zewnątrz obudowy (207) jest usytuowane urządzenie napędzające (208) do wprawiania w drgania rurkę czujnika natężenia przepływu (206) oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) do mierzenia w rurce czujnika natężenia (206) skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa, przy czym co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) jest usytuowany bezstykowo z rurkę czujnika natężenia przepływu (206).

11. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) jest umieszczony w obudowie (207).

12. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że z rurką czujnika natężenia przepływu (206) jest sprzężony magnes (304), zaś urządzenie napędzające (208) zawiera uzwojenie elektromagnetyczne (306).

13. Przepływomierz według zastrz. 12, znamienny tym, że uzwojenie elektromagnetyczne (306) stanowi cewkę indukcyjną.

14. Przepływomierz według zastrz. 12, znamienny tym, że magnes (304) jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich.

15. Przepływomierz według zastrz. 14, znamienny tym, że magnes (304) jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem.

16. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że próżniowa obudowa (207) jest nie magnetyczna.

17. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że obudowa próżniowa (207) jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest połączona z magnesem (304), a na zewnątrz czujnika pojemnościowego (210) jest usytuowany elektromagnes, przy czym elektromagnes i magnes (304) napędzają rurką czujnika natężenia przepływu (206).

18. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że obudowa próżniowa (207) jest niemagnetyczna, zaś rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest połączona z magnesem (304), a na zewnątrz czujnika pojemnościowego (210) jest usytuowany elektromagnes, którego oś środkowa jest ułożona prostopadle do czoła magnesu (304), przy czym elektromagnes i magnes (304) napędzają rurką czujnika natężenia przepływu (206).

19. Urządzenie do pomiaru masowego natężenia przepływu, zawierające przepływomierz do pomiaru masowego natężenia przepływu posiadający rurką czujnika natężenia przepływu, znamienne tym, że z rurką czujnika natężenia przepływu (206) jest sprzężony magnes (304), przy czym rurka czujnika natężenia przepływu (206) jest umieszczona w obudowie (207), a na zewnątrz obudowy (207) jest usytuowane uzwojenie elektromagnetyczne (306) do wprawiania przepływu w drgania oraz zawiera co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) do mierzenia w rurce czujnika natężenia (206) skręcenia strumienia pod wpływem siły Coriolisa.

20. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że co najmniej jeden czujnik pojemnościowy (210) jest umieszczony w obudowie (207).

21. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że obudowa (207) jest nie magnetyczna.

22. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że magnes (304) jest z materiału pozbawionego pierwiastków metali ziem rzadkich.

23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że magnes (304) jest niklowanym magnesem ze stopu samaru z kobaltem.

PL 200 852 B1

24. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że obudowa (207) jest próżniowa.

25. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że uzwojenie elektromagnetyczne (304) jest otwartym uzwojeniem.