Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.V.1970 KI. 42 e, 23/05 MKP UKD G-Oip SJOS Wspóltwórcy wynalazku i Zbigniew Blaszczak, Warszawa (Polska) «» * * •"• i ^ x Slawomir Gradys, Warszawa (Polska) wspólwlasciciele patentu: Indukcyjny przetwornik predkosci przeplywu cieczy Przedmiotem wynalazku jest indukcyjny prze¬ twornik predkosci cieczy (badz natezenia przeplywu iprzy ustalonej powierzchni przekroju strumienia) -wyposazony w magnesy trwale lub elektromagnesy zasilane pradem stalym i elektrody podlaczone do iznanego elektrycznego ukladu pomiarowego.Przetwornik wedlug wynalazku nadaje sie mie¬ dzy innymi do pomiarów przeplywu cieczy w ru¬ rociagach, jako pradomierz hydrologiczny, log okre¬ towy itp.Przetworniki indukcyjne pracuja na znanej za¬ sadzie indukowania napiecia elektrycznego na ele¬ ktrodach zanurzonych w cieczy poruszajacej sie miedzy elektrodami umieszczonymi w polu magne¬ tycznym. Charakteryzuja sie one szeregiem zalet takich jak liniowosc i natychmiastowosc wskazan, brakiem czesci ruchomych na drodze przeplywu, niezaleznoscia wskazan od wlasciwosci fizykoche¬ micznych cieczy poza jej opornoscia elektryczna, duza trwaloscia i wieloma innymi.Znane dotychczas przetworniki byly wzbudzane albo stalym polem magnetycznym pochodzacym od -magnesu trwalego badz elektromagnesu, albo polem zmiennym uzyskiwanym przez zasilanie elektro¬ magnesu pradem zmiennym, najczesciej o czesto¬ tliwosci sieciowej.Przetworniki pierwszego rodzaju z powodu trud¬ nosci ze wzmocnieniem malych napiec stalych, szczególnie przy duzej i zmiennej opornosci wyj¬ sciowej przetwornika, a zwlaszcza ze wzgledu na 10 15 20 25 30 duza polaryzacje elektrod maja bardzo maly zakres zastosowan, glównie w przypadku pomiaru pred¬ kosci przeplywu cieklych metali, na przyklad w obiegu chlodzacym reaktora jadrowego.Przetworniki wzbudzane pradem zmiennym, w odróznieniu od poprzednich maja te duza zalete, ze na ich wyjsciu powstaje sygnal pradu zmienne¬ go, bardzo dogodny do wzmacniania i przetwarza¬ nia. Jednak generalna ich wada sa duze sygnaly pa¬ sozytnicze, które uniemozliwiaja stosowanie tych przetworników przy malych predkosciach przeply¬ wu, poniewaz zaklócenia sa wtedy wspólmierne z sygnalem uzytecznym, badz nawet go przewyzszaja.Poniewaz drogi przenikania sygnalów pasozyt¬ niczych na wyjscie przetwornika i jednoczesnie na wejscie wzmacniacza sa rózne, zarówno pojemnos¬ ciowe, indukcyjne, oporowe i kombinowane, calko¬ wita ich kompensajca jest niemozliwa. Najwieksza trudnosc stanowi zwykle fakt, ze uzwojenie elektro¬ magnesu jest zasilane bezposrednio z sieci przemy¬ slowej, tak ze czestotliwosc duzych stosunkowo na¬ piec zaklócajacych i sygnalu uzytecznego jest jedna¬ kowa.W zwiazku z tym byly budowane równiez prze¬ tworniki wzbudzane ze specjalnych generatorów, o innej zwykle nizszej czestotliwosci niz sieciowa.Umozliwialo to znaczne zmniejszenie zaklócen, ale wymagalo uzycia generatorów o mocach do kilku¬ set VA, co przy malych czestotliwosciach jest wy¬ jatkowo klopotliwe. 6005160051 3 Rozwiazania te, juz tylko z racji poboru tak du¬ zych mocy i zwiazanego z tym duzego ciezaru ca¬ lego urzadzenia sa niemozliwe do praktycznego sto¬ sowania jako przyrzady przenosne.Celem wynalazku jest usuniecie wad i niedogod¬ nosci wystepujacych w znanych przetwornikach in¬ dukcyjnych, wzbudzanych zarówno za pomoca ma¬ gnesów trwalych, badz pradem zmiennym.Cel ten zostal osiagniety przez ruchome zamo¬ cowanie wzgledem elektrod magnesów trwalych, badz elektromagnesów zasilonych pradem stalym, które to elementy sa wprawiane w ruch przez sil¬ nik, badz przez wirnik, napedzany mierzona ciecza. iRozwiazanie takie daje na wyjsciu przetwornika napiecie zmienne przy minimalnych sygnalach za¬ klócajacych, co umozliwia budowe przetworników dla bardzo malych mierzonych predkosci cieczy.Nie mniej wazna cecha jest zmniejszenie potrzeb¬ nej energii wzbudzenia przetwornika, zwlaszcza energii elektrycznej.Przedmiot wynalazku zostanie blizej objasniony na przykladzie wykonania uwidocznionym na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój po¬ dluzny przetwornika z magnesami obracajacymi sie wokól osi rury pomiarowej, fig. 2 przedstawia prze¬ krój poprzeczny wzdluz linii A—A z fig. 2, fig. 3 przedstawia przekrój podluzny przetwornika z mag¬ nesami obracajacymi sie wokól osi zamocowania, fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny wzdluz li¬ nii B—B z fig. 3, fig. 5 przedstawia przekrój pod¬ luzny przetwornika z magnesami umieszczonymi w oddzielnych hermetycznych obudowach zaopatrzo¬ nych w pletwe stabilizacyjna, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny przetwornika wzdluz linii C—C z fig. 5, fig. 7 przedstawia przekrój podluzny prze¬ twornika z magnesami napedzanymi przez wirnik umieszczony w pletwie.Przetwornik stanowi odcinek pomiarowej rury 1 zawierajacej odizolowane elektrody 2. Na zewnetrz¬ nej powierzchni rury 1 sa umieszczone lozyska 3 polaczone tuleja 4 z osadzonymi w niej magnesami trwalymi 5 lub elektromagnesami zasilanymi pra¬ dem stalym. Tuleja 4 jest napedzana za posrednic¬ twem przekladni 6 silnikiem 7 przymocowanym do wspornika 8 na zewnatrz obudowy 9. Przetwornik w przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 1 i 2 rysunku jest przeznaczony dó pomiarów na¬ tezenia przeplywu cieczy w rurociagach zamknie¬ tych.W czasie pomiaru magnesy 5 obracaja sie ze sta¬ la predkoscia wokól rury 1, wytwarzajac zmienne pole magnetyczne w przestrzeni pomiarowej, w któ¬ rej znajduja sie elektrody 2. Wskutek przeplywu cieczy na elektrodach powstaje sygnal pradu zmien¬ nego, mierzony nastepnie w jednym ze znanych ukladów pomiarowych. Wielkosc tego sygnalu jest proporcjonalna do natezenia przeplywu, a czestotli¬ wosc do predkosci obrotowej magnesów.Przetwornik w odmianie konstrukcyjnej przedsta¬ wiony na fig. 3 i 4 rysunku posiada magnesy 5 osa¬ dzone na osiach 10 obracajacych sie w otworach plyt 11 przymocowanych do rury 1. Na osiach 10 osadzone sa kólka zebate 12 sprzegniete z wiencem 13 napedzanym przez silnik 7 poprzez przeklad¬ nie 6.Obracajacy sie wieniec 13 powoduje synchronicz¬ ne wirowanie magnesów 5 wokól osi 10. Przy pra¬ widlowej pracy co pól obrotu osi 10 magnesy mu¬ sza byc zwrócone do siebie róznoirniennymi biegu- 5 nami. Z tego powodu przekladnie 6 najlepiej wy¬ konac jako zebata, badz inna uniemozliwiajaca, poslizg.Przetwornik w odmianie konstrukcyjnej przed¬ stawionej na fig. 5, 6 wykonany je$t jako prado- 10 mierz do celów hydrologicznych. Magnesy 5 i ele¬ ment napedowy 14 sa umieszczone w hermetycz¬ nych obudowach 15 i 16, oddzielonych od siebie* przestrzenia pomiarowa 17. Obudowy 15 i 1,6 sa po¬ laczone lacznikiem 18 zawierajacym rozdzielacz na- 15 pedu 19 oraz lacznikami 20 z elektrodami 2. Obu¬ dowa 15 posiada stabilizujaca pletwe 21 i uchwyt 22.Przetwornik opuszcza sie do rzeki lub innego mie¬ rzonego zbiornika w taki sam sposób jak prado- mierze wirnikowe. Poniewaz przetwornik nie po- 20 siada na zewnatrz zadnych ruchomych czesci za¬ klócajacych ruch cieczy, pomiar mozna przeprowa¬ dzic z duza dokladnoscia. Sygnal elektryczny t elektrod 2 po wzmocnieniu w przedwzmacniaczu jest przesylany przewodami do urzadzenia wskazu- 25 jacego umieszczonego na lodzi, moscie itp. Element napedowy 14 moze stanowic silnik elektryczny za¬ silany z baterii badz mechanizm sprezynowy z re¬ gulatorem predkosci obrotowej.Odmiana konstrukcyjna przetwornika przedsta- 30 wiona na fig. 7 moze sluzyc równiez jako prado- mierz, a szczególnie jako log okretowy do pomia¬ rów wzglednej predkosci statków. Dla umozliwie¬ nia dlugotrwalej ciaglej pracy przetwornika energia potrzebna do napedzania mechanizmu moze byc do- 35 istarczana przez umieszczony w pletwie 21 wirnik 23 sprzezony mechanicznie z magnesami 5 bezpo¬ srednio, badz poprzez regulator predkosci obrotowej 24, napedowa sprezyne 25, przekladnie 26, sprzegla przeciazeniowe 27 i walek 28 uszczelniony w oslo- 40 nie 29.Zastosowanie sprezyny 25 jako mechanicznego akumulatora energii zabezpiecza stala predkosc obrotowa magnesów 5 niezaleznie od chwilowych obrotów wirnika 23 lub nawet chwilowego zaniku 45 obrotów na przyklad przy minimalnym ruchu stat¬ ku. Natomiast sprzeglo 27 chroni sprezyne przed nadmiernym naprezeniem. Ten sam cel mozna osiagnac przez takie dobranie parametrów konstruk¬ cyjnych, aby ' nastapilo zrównowazenie momentu 50 napedowego wirnika momentem zwrotnym sprezy¬ ny.To ostatnie rozwiazanie jest szczególnie korzystne pod wzgledem poboru mocy elektrycznej, gdyz cal¬ kowity pobór pradu ogranicza sie tylko do poboru 55 wzmacniacza i moze w razie potrzeby nie przekra¬ czac kilkudziesieciu mW, co jest nie bez znaczenia na malej jednostce plywajacej.Jak widac z przykladu wykonania w obszarze ele¬ ktrod pomiarowych brak jest jakichkolwiek zródel 60 zaklócen elektrycznych, a obudowa 9 chroni je sku¬ tecznie przed zaklóceniami z zewnatrz. Tranzysto¬ rowy wzmacniacz zasilany napieciem stalym nie powodujacym zaklócen najlepiej umiescic wewnatrz tej obudowy. 35 Przy pracy w warunkach duzych zaklócen siecio-wn wych wzmacniacz urzadzenia powinien zawierac filtr dolnoprzepustowy. Przy jego czestotliwosci gra¬ nicznej na przyklad rzedu 15 Hz mozna juz zupelnie wytlumic zaklócenia na czestotliwosci sieci 50 Hz i jej wyzszych harmonicznych. W niektórych przy¬ padkach moze zachodzic potrzeba zastosowania wzmacniacza selektywnego, który daje najlepsze wyniki, ale wówczas jest konieczna stabilizacja na¬ pedu magnesów 5.Wszystkie te srodki obnizaja znacznie poziom syg¬ nalów pasozytniczych, tak ze przetwornik wedlug wynalazku stwarza mozliwosc pomiaru znacznie mniejszych predkosci niz dotychczas, przy poborze mocy elektrycznej w granicznych przypadkach rze¬ du kilkudziesieciu mW, podczas gdy równowazne mu rozwiazania przetworników pradu zmiennego wymagaly mocy elektrycznej co najmniej kilkadzie¬ siat VA.Ta ostatnia cecha umozliwia budowe stosunkowo lekkich przyrzadów przenosnych. PL