RU2018088C1

RU2018088C1 - Flowmeter

Info

Publication number: RU2018088C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Кубасов
Original assignee: Химический факультет МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: test-and-measurement technology. SUBSTANCE: flowmeter has a non-magnetic housing, sensitive element, electromagnetic displacement sensor located on the surface of the housing and composed of an exciting winding and two measuring windings disposed on opposite sides relative to the exciting one; permanent magnet. The accelerometer is characterized in that a layer of magnetic liquid is used as a sensitive element located on the inner surface of the housing where field of permanent ring magnet disposed over the exciting winding acts. EFFECT: enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности. The invention relates to instrumentation and may find application in the chemical industry.

Известен расходомер обтекания, содержащий корпус, внутри которого расположен поплавок и возвратная пружина [1]. Known flow meter flow comprising a housing, inside of which is located a float and a return spring [1].

Недостатком данного расходомера является наличие трения между подвижными частями в измерительном канале, снижающего чувствительность прибора и ограничивающего ресурс его действия. The disadvantage of this flow meter is the presence of friction between the moving parts in the measuring channel, which reduces the sensitivity of the device and limits the resource of its action.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является расходомер для измерения расхода жидких и газообразных сред, содержащий немагнитный корпус, внутри которого расположен чувствительный подвижный элемент (поплавок с железным сердечником), внешняя поверхность корпуса снабжена катушками электромагнитной системы определения положения чувствительного элемента и электромагнитным силовым блоком. Указанное устройство требует постоянного расхода электроэнергии как для питания катушек, так и электромагнитного силового блока [2]. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a flow meter for measuring the flow rate of liquid and gaseous media, containing a non-magnetic body, inside of which there is a sensitive movable element (float with an iron core), the outer surface of the body is equipped with coils of an electromagnetic system for determining the position of the sensitive element and electromagnetic power block. The specified device requires a constant energy consumption for powering the coils and the electromagnetic power unit [2].

К недостаткам данного устройства относятся постоянный расход электроэнергии, необходимый для питания соленоидов силового электромагнитного блока, управляющего положением поплавка; необходимость формирования управляющего сигнала для электромагнитного силового блока, регулирующего положение поплавка, также требующего расхода электроэнергии. The disadvantages of this device include the constant consumption of electricity needed to power the solenoids of the power electromagnetic unit that controls the position of the float; the need to generate a control signal for an electromagnetic power unit that regulates the position of the float, which also requires power consumption.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и упрощение расходомера. The aim of the invention is to expand the functionality and simplification of the flow meter.

Поставленная цель достигается тем, что расходомер, содержащий цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещены две измерительные катушки электромагнитной системы, соединенные с вторичным прибором, а также чувствительный элемент, снабжен кольцевым постоянным магнитом и катушкой возбуждения, установленными на корпусе между измерительными катушками, а чувствительный элемент выполнен в виде слоя магнитной жидкости, нанесенного на внутреннюю поверхность корпуса в зоне действия постоянного магнита, при этом постоянный магнит размещен поверх катушки возбуждения. This goal is achieved in that the flowmeter containing a cylindrical non-magnetic body, on the outer surface of which there are two measuring coils of the electromagnetic system connected to the secondary device, as well as a sensing element, is equipped with an annular permanent magnet and an excitation coil mounted on the housing between the measuring coils, and the sensitive element is made in the form of a layer of magnetic fluid deposited on the inner surface of the housing in the area of action of the permanent magnet, while A permanent magnet is placed on top of the field coil.

В качестве магнитной жидкости используют технические магнитные жидкости (серий С1, МЖ, ФМШ, ММ), несмешивающиеся с измеряемой средой и способные немедленно приходить в движение при внешнем силовом воздействии. Поскольку магнитные жидкости не обладают гистерезисом намагничивания в предлагаемом расходомере отсутствуют потери на перемагничивание слоя магнитной жидкости. Technical magnetic fluids (series C1, MF, FMSh, MM) are used as magnetic fluids; they are immiscible with the medium being measured and are capable of immediately moving when exposed to external force. Since magnetic fluids do not have magnetization hysteresis in the proposed flow meter, there are no losses due to magnetization reversal of the magnetic fluid layer.

На чертеже представлен предлагаемый расходомер, поперечное сечение. The drawing shows the proposed flow meter, cross section.

Расходомер содержит немагнитный корпус 1, на внешней поверхности которого расположены возбуждающая катушка 2 и две измерительные катушки 3, расположенные по разные стороны от возбуждающей катушки. Катушки намотаны вдоль оси корпуса. Обмотки катушек 3 включены встречно, так что катушки 2 и 3 образуют дифференциальный трансформаторный мост. В силу встречного включения обмоток измерительных катушек погрешности от возмущающих внешних факторов и изменения параметров исключаются (компенсируются). С внешней стороны корпуса поверх возбуждающей катушки расположен постоянный кольцевой магнит 4. Полюса магнита расположены на его торцах. На внутренней поверхности корпуса под постоянным магнитом размещен слой магнитной жидкости 5. The flow meter contains a non-magnetic housing 1, on the outer surface of which there is an exciting coil 2 and two measuring coils 3 located on opposite sides of the exciting coil. Coils are wound along the axis of the housing. The windings of the coils 3 are turned counterclockwise, so that the coils 2 and 3 form a differential transformer bridge. Due to the on-switching of the windings of the measuring coils, errors from disturbing external factors and parameter changes are eliminated (compensated). On the outer side of the housing over the exciting coil is a permanent ring magnet 4. The poles of the magnet are located at its ends. On the inner surface of the housing under a permanent magnet is a layer of magnetic fluid 5.

В статическом положении (когда расход среды через устройство отсутствует) слой магнитной жидкости 5 занимает некоторое начальное положение а. Удержание слоя на внутренней поверхности корпуса осуществляется за счет силового действия неоднородного магнитного поля. Указанный слой магнитной жидкости, расположенный в пространстве между катушками, является по сути магнитным сердечником, определяющим коэффициент связи между возбуждающей 2 и измерительными 3 катушками трансформаторного моста. Симметрирование всей системы приводит к тому, что при отсутствии расхода сигнал разбаланса моста равен нулю, так как измерительные катушки включены встречно и напряжение на одной вычитается из напряжения на другой. In the static position (when the flow rate of the medium through the device is absent), the layer of magnetic fluid 5 occupies a certain initial position a. The retention of the layer on the inner surface of the housing is due to the force action of an inhomogeneous magnetic field. The specified layer of magnetic fluid located in the space between the coils is essentially a magnetic core that determines the coupling coefficient between the exciting 2 and measuring 3 coils of the transformer bridge. Symmetrization of the entire system leads to the fact that, in the absence of flow, the bridge unbalance signal is zero, since the measuring coils are turned on and the voltage on one is subtracted from the voltage on the other.

Расходомер работает следующим образом. The flow meter operates as follows.

В корпус 1 расходомера (дюраль, внешний диаметр 50 мм, внутренний 46 мм) слева направо подается среда - воздух с расходом 0,25 м³/ч. Измерение расхода воздуха проводили ротаметрами РМ=0,025 ГУЗ и РС 5.В силу гидродинамического воздействия среды (воздуха) слой магнитной жидкости 5, удерживаемой постоянным магнитом 4 (кольцевой магнит из феррита бария, внешний диаметр 84 мм, внутренний 54 мм, толщина 24 мм, напряженность магнитного поля, измеренная на торце магнита 580 Э), изменяет форму поверхности. Измерение магнитного поля осуществляют датчиком Холла типа ПХЭ 1606117В с чувствительностью 298,3 мкВ/мТ и микровэберметром типа Ф 190. Слой магнитной жидкости образовывается при заполнении расходомера магнитной жидкостью типа МЖ 1 количеством 5 мл. Изменение формы поверхности слоя магнитной жидкости приводит к нарушению симметричного расположения магнитной жидкости между катушками 2 и 3 (по 500 витков провода ПЭЛ 0,18, намотанные в 10 слоев, расстояние между центрами возбуждающей 2 и измерительной 3 катушек равняется 15 мм) трансформаторного моста и возникновению электрического сигнала разбаланса моста (ΔV = 1,2 мВ при V = 100 мВ на частоте 1 кГц в возбуждающей катушке 2, поскольку коэффициент связи между катушками 2 и 3 определяется положением слоя магнитной жидкости. Слой магнитной жидкости 5 играет роль подвижного магнитного сердечника. Напряжение, возникающее при разбалансе трансформаторного моста, образованного возбуждающей и двумя измерительными катушками, измеряют мультиметром типа Ц - 4311. Таким образом, величина сигнала разбаланса моста (Δ V = 1,2 мВ) связывается с расходом среды (воздуха) 0,25 м³/ч.In the body 1 of the flow meter (duralumin, outer diameter 50 mm, inner 46 mm), medium to air flows from left to right with a flow rate of 0.25 m ³ / h. The air flow rate was measured by rotameters РМ = 0.025 GUZ and RS 5. Due to the hydrodynamic effect of the medium (air), a layer of magnetic fluid 5 held by a permanent magnet 4 (ring magnet from barium ferrite, outer diameter 84 mm, inner 54 mm, thickness 24 mm, the magnetic field strength measured at the end of the magnet 580 Oe) changes the shape of the surface. The magnetic field is measured by a Hall sensor of the type ПХЭ 1606117В with a sensitivity of 298.3 μV / mT and a microvermeter of type Ф 190. A layer of magnetic fluid is formed when the flowmeter is filled with 5 ml of magnetic fluid of type MF 1. A change in the surface shape of the magnetic fluid layer leads to a violation of the symmetrical arrangement of the magnetic fluid between coils 2 and 3 (500 turns of 0.18 PEL wire wound in 10 layers, the distance between the centers of the exciting 2 and measuring 3 coils is 15 mm) of the transformer bridge and bridge imbalance electrical signal (ΔV = 1.2 mV at V = 100 mV at a frequency of 1 kHz in the exciting coil 2, since the coupling coefficient between coils 2 and 3 is determined by the position of the magnetic fluid layer. Magnetic fluid layer 5 ig The voltage arising from the imbalance of the transformer bridge formed by the exciting and two measuring coils is measured with a C - 4311 multimeter. Thus, the value of the bridge unbalance signal (Δ V = 1.2 mV) is associated with the flow rate of the medium (air ) 0.25 m ³ / h.

Напряженность магнитного поля, создаваемого возбуждающей катушкой 2, не превышает 1,5 Э, что много меньше напряженности магнитного поля постоянного магнита и поэтому не вносит изменений в работу устройства и не приводит к искажениям показаний расходомера. Изменяя количество магнитной жидкости, образующей слой, можно менять диапазон измерений расходомера (гидродинамическое разрушение слоя наступает при расходе 1,4 м³/ч при объеме магнитной жидкости 5 мл и при 2,6 м³/ч при объеме 3 мл), так как при этом меняется как проходное сечение измерительного канала, так и лобовое сопротивление слоя магнитной жидкости.The magnetic field generated by the exciting coil 2 does not exceed 1.5 Oe, which is much less than the magnetic field of the permanent magnet and therefore does not make changes to the operation of the device and does not distort the readings of the flow meter. By changing the amount of magnetic fluid forming the layer, it is possible to change the measuring range of the flowmeter (hydrodynamic destruction of the layer occurs at a flow rate of 1.4 m ³ / h with a volume of magnetic fluid of 5 ml and at 2.6 m ³ / h with a volume of 3 ml), since in this case, both the passage section of the measuring channel and the drag of the magnetic fluid layer change.

К достоинствам прибора относятся широкие возможности изменения диапазона измерений за счет применения постоянных магнитов и магнитных жидкостей разных классов; отсутствие подвижных механических частей и простота изготовления позволяет существенно повысить ресурс и эксплуатационные возможности устройства; снижение (на несколько порядков) расхода электроэнергии за счет применения нерегулируемого силового блока (в виде постоянного магнита), исключающего необходимость питания электромагнита силового блока и системы формирования управляющего сигнала для силового блока. The advantages of the device include wide possibilities for changing the measuring range due to the use of permanent magnets and magnetic fluids of different classes; the lack of moving mechanical parts and ease of manufacture can significantly increase the resource and operational capabilities of the device; reduction (by several orders of magnitude) of energy consumption due to the use of an unregulated power unit (in the form of a permanent magnet), eliminating the need to power the power unit electromagnet and the control signal generation system for the power unit.

Claims

A FLOWMETER containing a cylindrical non-magnetic body, on the outer surface of which there are two measuring coils of the electromagnetic system connected to the secondary device, as well as a sensitive element, characterized in that it is equipped with an annular permanent magnet and an excitation coil mounted on the housing between the measuring coils, and the sensitive the element is made in the form of a layer of magnetic fluid deposited on the inner surface of the housing in the area of the permanent magnet, while the permanent magnet um placed on top of the excitation coil.