RU2184939C1

RU2184939C1 - Flow transducer

Info

Publication number: RU2184939C1
Application number: RU2001106967A
Authority: RU
Inventors: А.А. Бордюговский
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: invention can find use in measurement of flow rate of liquid, gas or steam in heat power industry, on transport, in oil, petrochemical, chemical, food industry and in medicine. Flow transducer has case, jet guiding apparatus, sensitive element in the form of magnet or electromagnet magnetized along axis and placed concentric on case to interact with ring-shaped body magnetized along axis and housed in case for rolling over surface of magnet or electromagnet contacting it by means of unlike poles and signal pickoff unit. Magnet or electromagnet is positioned inside ring-shaped body of revolution and interacts with its internal surface. External surface of ring-shaped body is fitted with blades which form clearance with internal surface of body. Inlet branch pipe of body is tangential branch pipe. EFFECT: raised reliability and measurement sensitivity, expanded application field. 1 cl, 2 dwg

Description

Предложение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также в медицине. The proposal relates to the field of instrumentation and can be used to measure the flow of liquid, gas or steam in the energy sector, in transport, in the oil, petrochemical, chemical, food industries, as well as in medicine.

Известен расходомер, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент, выполненный в виде шара, и узел съема сигнала(см. патент США 2518149, НКИ 73-194 от 1950 г.). A known flow meter comprising a housing, a flow guide apparatus, a sensing element made in the form of a ball, and a signal pick-up unit (see US Pat. No. 2,518,149, NKI 73-194 of 1950).

Подобные расходомеры могут измерять расходы потоков, содержащих абразивные включения, однако недостатком такого расходомера является низкий класс точности вследствие отставания чувствительного элемента от потока, пониженная чувствительность из-за малого лобового сопротивления, особенно при низких скоростях потока, ограниченный срок службы из-за наличия трения скольжения при движении чувствительного элемента по внутренней поверхности корпуса. Such flowmeters can measure the flow rate of flows containing abrasive inclusions, however, the disadvantage of such a flow meter is the low accuracy class due to the lag of the sensitive element from the flow, reduced sensitivity due to low drag, especially at low flow rates, limited service life due to the presence of sliding friction when the sensitive element moves along the inner surface of the housing.

Известен также расходомер, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом вращения, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами, и узел съема сигнала (см. авт. свид. СССР 221337, МПК G 01 F от 1968). Такие расходомеры могут измерять расходы потоков, содержащих абразивные частицы. A flow meter is also known, comprising a housing, a directional apparatus, a sensing element in the form of a magnetically magnetized magnet or an electromagnet located concentrically to the housing, interacting with an axially magnetized ring-shaped body of revolution placed in the housing with the ability to run around the surface of the magnet or electromagnet in contact with the opposite poles, and a signal pick-up unit (see ed. certificate of the USSR 221337, IPC G 01 F from 1968). Such flowmeters can measure the flow rates of abrasive particles.

Недостатком известного устройства является наличие слишком сильного магнита или электромагнита, который удерживает кольцеобразное тело вращения на его траектории, что вызывает появление конструктивных трудностей при компоновке проточной части датчика расходомера и чревато излишними затратами энергии. Кроме того, датчик не имеет средств для измерения реверсивных расходов. A disadvantage of the known device is the presence of too strong a magnet or an electromagnet that keeps the ring-shaped body of revolution on its path, which causes structural difficulties in the layout of the flow part of the flowmeter sensor and is fraught with excessive energy costs. In addition, the sensor does not have the means to measure reverse costs.

Последний расходомер имеет наибольшее число существенных признаков с предлагаемым и поэтому выбран в качестве прототипа. The last flow meter has the largest number of essential features with the proposed and therefore selected as a prototype.

В основу настоящего изобретения положена задача измерения расходов сред, имеющих абразивные частицы и посторонние включения, повышения надежности и чувствительности датчика за счет увеличения эффективной площади кольцеобразного тела, более надежного его крепления в корпусе датчика расходомера, а также расширения его функциональных возможностей. The present invention is based on the task of measuring the flow rate of media having abrasive particles and impurities, increasing the reliability and sensitivity of the sensor by increasing the effective area of the annular body, more reliable mounting in the sensor body of the flow meter, as well as expanding its functionality.

Указанная задача решается благодаря тому, что датчик расходомера, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами, и узел съема сигнала, отличается тем, что магнит или электромагнит размещен внутри кольцеобразного тела и взаимодействует с его внутренней поверхностью, причем наружная поверхность кольцеобразного тела снабжена лопастями, которые образуют с внутренней поверхностью корпуса зазор, а входной патрубок корпуса выполнен тангенциальным. This problem is solved due to the fact that the flowmeter sensor, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a sensing element in the form of a magnet or an electromagnet located concentrically on the axis of the magnet, interacting with an annular magnetized along the axis, placed in the housing with the ability to run around the surface of the magnet or magnet adjacent to it with opposite poles, and the signal pickup unit, characterized in that the magnet or electromagnet is placed inside the ring-shaped body and interacts with its inner surface, and the outer surface of the annular body is equipped with blades that form a gap with the inner surface of the housing, and the inlet pipe of the housing is made tangential.

Целесообразно также, для измерения реверсивных потоков, корпус выполнить с идентичными входным и выходным тангенциальными патрубками, которые имеют одинаковое расположение относительно корпуса и магнита. It is also advisable, for measuring reverse flows, the housing to perform with identical inlet and outlet tangential nozzles, which have the same location relative to the housing and the magnet.

Особенностью предложенного устройства является то, что магнит или электромагнит, размещен внутри кольцеобразного тела и взаимодействует с его внутренней поверхностью, причем наружная поверхность кольцеобразного тела снабжена лопастями, которые образуют с внутренней поверхностью корпуса зазор, а входной патрубок корпуса выполнен тангенциальным. A feature of the proposed device is that a magnet or an electromagnet is placed inside the annular body and interacts with its inner surface, the outer surface of the annular body provided with blades that form a gap with the inner surface of the housing, and the inlet pipe of the housing is made tangential.

Особенностью предложенного устройства является также то, что корпус выполнен с идентичными входным и выходным тангенциальными патрубками, которые имеют одинаковое расположение относительно корпуса и магнита. A feature of the proposed device is also that the housing is made with identical input and output tangential nozzles, which have the same location relative to the housing and the magnet.

На фиг.1 изображен схематически горизонтальный разрез корпуса датчика, а на фиг.2 - его вертикальное сечение, где:
1 - корпус датчика расходомера;
2 - входной патрубок;
3 - выходной патрубок;
4 - магнит или электромагнит;
5 - проточка по наружному диаметру стержня;
6 - кольцеобразное тело;
7 - лопасти;
8 - контактные периферийные кольца;
9 - узел съема сигнала.Figure 1 shows a schematic horizontal section of the sensor housing, and figure 2 - its vertical section, where:
1 - flowmeter sensor housing;
2 - inlet pipe;
3 - outlet pipe;
4 - magnet or electromagnet;
5 - groove on the outer diameter of the rod;
6 - an annular body;
7 - blades;
8 - contact peripheral rings;
9 - site signal pickup.

Датчик расходомера содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, из которых первый выполнен тангенциальным, магнит 3, выполненный в виде намагниченного по оси стержня с проточкой 5 по наружному диаметру, расположенного концентрично корпусу 1. Кольцеобразное тело 6, выполненное в виде намагниченного по оси кольца, расположенного на магните 4 как на опоре, несет на своей наружной поверхности лопасти 7, которые образуют зазор с внутренней поверхностью корпуса 1. The flowmeter sensor comprises a housing 1 with an input 2 and an output 3 nozzles, of which the first is tangential, a magnet 3 made in the form of a magnetized along the axis of the rod with a groove 5 along the outer diameter, which is concentric with the housing 1. An annular body 6 made in the form of magnetized by the axis of the ring located on the magnet 4 as a support, carries on its outer surface the blades 7, which form a gap with the inner surface of the housing 1.

Для уменьшения поверхности трения на рабочей поверхности магнита 4 сделана проточка 5 и движение кольцеобразного тела 6 происходит по контактным периферийным кольцам 8, форма и размеры которых определяются условиями работы. Все узлы датчика расходомера, за исключением чувствительного элемента и сердечника узла съема сигнала 9, выполнены из немагнитного материала. To reduce the friction surface on the working surface of the magnet 4, a groove 5 is made and the movement of the annular body 6 occurs along the peripheral contact rings 8, the shape and dimensions of which are determined by the operating conditions. All nodes of the flowmeter sensor, with the exception of the sensitive element and the core of the signal pickup unit 9, are made of non-magnetic material.

Датчик расходомера работает следующим образом. The flow meter sensor operates as follows.

Поток измеряемой среды, проходя через тангенциальный патрубок 2, приобретает относительно оси корпуса 1 вращательное движение и увлекает за собой кольцеобразное тело 6 с лопостями 7, которое обкатывает магнит 4, поскольку разноименные полюса (N-S и S-N) элементов датчика обеспечивают их подвижное соединение. Угловая скорость вращения кольцеобразного тела 6 будет пропорциональна расходу контролируемой среды и фиксируется с помощью узла съема сигнала 9. The flow of the measured medium, passing through the tangential pipe 2, acquires a rotational motion relative to the axis of the housing 1 and entrains an annular body 6 with blades 7, which runs around the magnet 4, since the opposite poles (N-S and S-N) of the sensor elements provide their movable connection. The angular velocity of rotation of the annular body 6 will be proportional to the flow rate of the controlled medium and is fixed using the signal pick-up unit 9.

Удерживаемое магнитными силами в радиальном и осевом направлении кольцеобразное тело 6 перекатывается по периферийным контактным кольцам 8 магнита 4 своею внутренней цилиндрической поверхностью практически без трения скольжения. Осевое воздействие контролируемого потока компенсируется магнитными силами, возникающими вследствие нарушения магнитного равновесия. В данной конструкции центробежные силы будут с увеличением скорости движения кольцеобразного тела 6 надежно фиксировать его относительно оси вращения, что позволяет уменьшить величину магнитных сил и сократить габариты магнита 4 или электромагнита, размещенного в проточной части корпуса 1, что упрощает конструкцию датчика и уменьшает расходование энергии на поддержание датчика в работоспособном состоянии. Поскольку диаметр кольцеобразного тела 6 превышает диаметр тела вращения прототипа, а его периферия снабжена лопастями 7, то значительно увеличивается и его эффективная площадь, что увеличивает чувствительность датчика расходомера. Held by magnetic forces in the radial and axial direction, the annular body 6 rolls along the peripheral contact rings 8 of the magnet 4 with its inner cylindrical surface with virtually no sliding friction. The axial effect of the controlled flow is compensated by magnetic forces arising from the violation of magnetic equilibrium. In this design, the centrifugal forces will, with an increase in the speed of movement of the annular body 6, securely fix it relative to the axis of rotation, which reduces the magnitude of the magnetic forces and reduces the dimensions of the magnet 4 or the electromagnet located in the flowing part of the housing 1, which simplifies the design of the sensor and reduces energy consumption by maintaining the sensor in good condition. Since the diameter of the annular body 6 exceeds the diameter of the body of rotation of the prototype, and its periphery is equipped with blades 7, its effective area also increases significantly, which increases the sensitivity of the sensor of the flow meter.

Кроме того, поскольку теперь наружная поверхность кольцеобразного тела 6 не является контактной поверхностью, то ее дистанционирование относительно внутренних стенок корпуса 1 позволяет вывести за пределы пограничного слоя корпуса 1 наружную поверхность кольцеобразного тела 6 с лопатками 7 и тем самым исключить паразитное торможение, что повышает точность измерений. In addition, since now the outer surface of the annular body 6 is not a contact surface, its spacing relative to the inner walls of the housing 1 allows the outer surface of the annular body 6 with blades 7 to be moved outside the boundary layer of the housing 1 and thereby eliminate stray braking, which increases the accuracy of measurements .

Наличие идентичных тангенциальных патрубков 2 и 3, которые имеют одинаковое расположение относительно стенок корпуса 1 и магнита 4, обеспечивает возможность измерения реверсивных потоков, что расширяет функциональные возможности устройства. Данная особенность предложенного датчика расширяет сферу его применения. The presence of identical tangential nozzles 2 and 3, which have the same location relative to the walls of the housing 1 and magnet 4, provides the ability to measure reverse flows, which extends the functionality of the device. This feature of the proposed sensor expands the scope of its application.

Возможное осевое перемещение тела вращения ограничивается корпусом 1 и кольцеобразное тело 6 при ударе, встряске, попадании посторонних включений в зону контакта или мгновенном увеличении расхода выше расчетного возвращается магнитными силами в рабочее положение. The possible axial movement of the body of revolution is limited by the housing 1 and the annular body 6 upon impact, shaking, getting foreign matter in the contact zone or an instant increase in flow rate above the calculated one returns by magnetic forces to the working position.

Claims

1. The flowmeter sensor, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a sensing element in the form of a magnet magnetized along the axis concentrically to the housing, or an electromagnet interacting with an axis-magnetized magnetized body, housed in the housing to run around the surface of the magnet, or an electromagnet in contact with opposite poles, and a signal pick-up unit, characterized in that the magnet or electromagnet is placed inside the ring-shaped body and interacts with its internal rotation hn, and the outer surface of the annular body is equipped with blades that form a gap with the inner surface of the housing, and the inlet pipe of the housing is made tangential.

2. The flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that the housing is made with identical tangential inlet and outlet nozzles, which are equally located relative to the housing and the magnet.