RU2242721C1 - Device for measuring flow rate of conductive fluids - Google Patents
Device for measuring flow rate of conductive fluids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2242721C1 RU2242721C1 RU2003107778/28A RU2003107778A RU2242721C1 RU 2242721 C1 RU2242721 C1 RU 2242721C1 RU 2003107778/28 A RU2003107778/28 A RU 2003107778/28A RU 2003107778 A RU2003107778 A RU 2003107778A RU 2242721 C1 RU2242721 C1 RU 2242721C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- measuring
- measuring section
- section
- fluid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода электропроводящих жидкостей с применением трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления.The proposed device relates to measuring technique and can be used to measure the flow rate of electrically conductive liquids using the triboelectric effect and the electromagnetic phenomenon.
Известны устройства для измерения расхода электропроводящих жидкостей, основанные на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления (авт. свид. СССР №№172073, 224826, 470702, 605093, 800650, 815505, 866413, 979860, 1190074, 1290074, 1328675, 1569555, 1668869, 1753281, 1739203, 1830135; патенты РФ №№2017067, 2032713, 2190190; патенты США №№3693439, 3729995, 4210022, 4417479, 4339958, 4590806, 4704907; патенты Великобритании №№1165398, 2166550; патент Японии №56-54565; Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989; Никитин В.И. Современные проблемы измерения малых расходов жидкости и газа. Измерительная техника, 1986, №2 и другие).Known devices for measuring the flow rate of electrically conductive liquids based on the use of the triboelectric effect and electromagnetic phenomenon (ed. Certificate of the USSR No. 172073, 224826, 470702, 605093, 800650, 815505, 866413, 979860, 1190074, 1290074, 1328675, 1569555, 1668869, 1753281, 1739203, 1830135; RF patents No. 2017067, 2032713, 2190190; US patents No. 3693439, 3729995, 4210022, 4417479, 4339958, 4590806, 4704907; UK patents No. 1165398, 2166550; Japan patent No. 56-54565; Kremlin PP Flowmeters and quantity counters. - L .: Mashinostroyenie, 1989; VI Nikitin. Modern problems of measuring small flow rates of liquid and gas. Equipment, 1986, No. 2 and others).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является “Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей” (патент РФ №2190190, G 01 F 1/58, 2000), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices closest to the proposed is a "Device for measuring the flow rate of electrically conductive liquids" (RF patent No. 2190190, G 01 F 1/58, 2000), which is selected as a prototype.
Указанное устройство выполнено в виде участка трубы, размещенного между полюсными наконечниками, где у краев одного из полюсных наконечников расположена первая пара магнитодиодов, а у краев другого - вторая пара магнитодиодов аналогично первой, симметрично участку трубы. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.The specified device is made in the form of a pipe section located between the pole pieces, where at the edges of one of the pole pieces there is a first pair of magnetodiodes, and at the edges of the other a second pair of magnetodiodes similar to the first, symmetrically to the pipe section. Magnetodiodes are arranged so that in the absence of movement of the controlled fluid they are penetrated by a magnetic field of the same inductance, and when the fluid moves, the field at their locations changes to the greatest extent.
Магнитодиоды включены таким образом, что пары магнитодиодов находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель и регистрирующий прибор. При этом измерительный участок трубопровода выполняется из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжается металлическим заземлением.Magnetodiodes are turned on in such a way that the pairs of magnetodiodes are located in adjacent arms, a power supply is connected to one of the diagonals of the bridge, and an amplifier and a recording device are connected in series to the second diagonal. In this case, the measuring section of the pipeline is made of a polymer material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section, having the form of tapering and expanding cones in series, and is equipped with metal grounding.
Недостатком данного устройства является недостаточная степень поляризации жидкости, протекающей через измерительный участок трубопровода и, как следствие, сравнительно низкие точность и чувствительность к малым расходам жидкости. Это объясняется тем, что при ламинарном течении жидкости некоторые внутренние слои не соприкасаются с внутренними стенками трубопровода.The disadvantage of this device is the insufficient degree of polarization of the fluid flowing through the measuring section of the pipeline and, as a result, the relatively low accuracy and sensitivity to low flow rates. This is due to the fact that during the laminar flow of the fluid, some of the inner layers do not come into contact with the inner walls of the pipeline.
Технической задачей изобретения является повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкости путем увеличения ее турбулентности на измерительном участке трубопровода.An object of the invention is to increase the accuracy and sensitivity to low flow rates by increasing its turbulence in the measuring section of the pipeline.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения расхода электропроводящих жидкостей с постоянным полем возбуждения, основанном на измерении степени искажения основного магнитного поля потоком контролируемой жидкости, содержащем участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, две пары магниточувствительных элементов, расположенных симметрично у краев первого и второго полюсных наконечников и включенных в четыре смежных плеча уравновешенного четырехплечного моста, блок питания моста и регистрирующий прибор, при этом измерительный участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами, введен турболизатор, размещенный внутри измерительного участка трубопровода, выполненный в виде металлического стержня и установленный по спирали с шагом t, определяемым из соотношения t/D=0,5-0,7, и отношением диаметра d стержня спирали к наружному диаметру трубы d/D=0,05-0,07, где D - наружный диаметр трубы, с возможностью закручивания движущейся жидкости по винтообразной траектории.The problem is solved in that in a device for measuring the flow rate of electrically conductive liquids with a constant field of excitation, based on measuring the degree of distortion of the main magnetic field by a flow of a controlled fluid containing a pipe section located between two pole tips of the magnetic system, two pairs of magnetically sensitive elements located symmetrically at edges of the first and second pole pieces and included in four adjacent shoulders of a balanced four-arm bridge, mos power supply This and the recording device, while the measuring section of the pipe placed between the two pole pieces of the magnetic system is made of a polymer material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section, having the form of series-connected narrowing and expanding cones, and equipped with grounded metal rings, a turbulator is introduced, placed inside the measuring section of the pipeline, made in the form of a metal rod and mounted in a spiral with a step t, is determined the ratio t / D = 0.5-0.7, and the ratio of the diameter d of the spiral rod to the outer diameter of the pipe d / D = 0.05-0.07, where D is the outer diameter of the pipe, with the possibility of twisting the moving fluid along helical trajectory.
На фиг.1 приведена схема размещения магниточувствительных элементов (магнитодиодов) у краев полюсных наконечников электромагнита; фиг.2 - принципиальная схема включения магнитодиодов: на фиг.3 - разрез измерительного участка трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы.Figure 1 shows the layout of magnetically sensitive elements (magnetodiodes) at the edges of the pole pieces of the electromagnet; figure 2 is a schematic diagram of the inclusion of magnetodiodes: figure 3 is a section of the measuring section of the pipe, placed between the two pole pieces of the magnetic system.
Устройство выполнено в виде участка трубы 1, размещенного между полюсными наконечниками 2 и 3, где у их краев расположены две пары магнитодиодов 4 и 5, 6 и 7, симметрично участку трубы. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.The device is made in the form of a
Магнитодиоды включены в плечи четырехплечевого моста таким образом, что пары магнитодиодов 4, 5 и 6, 7 находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок 8 питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель 9 и регистрирующий прибор 10.Magnetodiodes are included in the arms of the four-arm bridge in such a way that the pairs of
Измерительный участок 11 трубы 1, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, выполнен из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжен заземленными металлическими кольцами 12 и турболизатором 13, размещенным внутри измерительного участка 11.The
Принцип работы устройства основан на использовании трибоэлектрического эффекта, электромагнитного явления и явления закручивания жидкости, движущейся по трубопроводу.The principle of operation of the device is based on the use of the triboelectric effect, the electromagnetic phenomenon, and the phenomenon of twisting of a fluid moving through a pipeline.
Трибоэлектрический эффект заключается в том, что при трении жидкости о внутреннюю поверхность измерительного участка трубы, выполненного из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, протекающая жидкость заряжается отрицательно, а измерительный участок - положительно. Однако образующиеся положительные заряды нейтрализуют некоторые отрицательные заряды жидкости в соответствии с законом Кулона, что значительно снижает степень поляризации движущейся жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок трубы снабжен заземленными металлическими кольцами.The triboelectric effect consists in the fact that when the fluid is rubbed against the inner surface of the measuring section of the pipe made of a polymeric material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section, having the form of tapering and expanding cones connected in series, the flowing liquid is negatively charged, and the measuring section is positively charged. However, the resulting positive charges neutralize some of the negative charges of the liquid in accordance with the Coulomb law, which significantly reduces the degree of polarization of the moving fluid. To neutralize positive charges, the measuring section of the pipe is equipped with grounded metal rings.
Следовательно, движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле. Данное магнитное поле, взаимодействуя с постоянным магнитным полем возбуждения, искажает его. Степень искажения пропорциональна скорости (расходу) контролируемой жидкости. В этом проявляется электромагнитное явление.Consequently, a moving fluid is a system of moving negative charges and is a current (convective) around which a magnetic field arises. This magnetic field, interacting with a constant magnetic field of the excitation, distorts it. The degree of distortion is proportional to the speed (flow rate) of the controlled fluid. This is an electromagnetic phenomenon.
Для повышения степени турбулентности и поляризации движущейся жидкости на измерительном участке трубопровода изменяется направление движущейся жидкости и закручивается по винтообразной траектории. За счет возникающей турбулентности почти все внутренние слои движущейся жидкости соприкасаются с внутренней поверхностью измерительного участка трубы, что значительно повышает степень поляризации движущейся жидкости. В этом проявляется явление закручивания движущейся жидкости.To increase the degree of turbulence and polarization of the moving fluid in the measuring section of the pipeline, the direction of the moving fluid changes and twists along a helical path. Due to the turbulence arising, almost all the inner layers of the moving fluid come into contact with the inner surface of the measuring section of the pipe, which significantly increases the degree of polarization of the moving fluid. This manifests the phenomenon of twisting of a moving fluid.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При отсутствии магнитного поля (электромагнит отключен) величины сопротивления магнитодиодов равны между собой (P4=P5=Р6=Р7), а при наличии магнитного поля (электромагнит включен) и отсутствии жидкости в трубопроводе величины сопротивления магнитодиодов изменяются на ±Р, где знаки ± зависят от напряженности магнитного поля, т.е. от расположения магнитодиодов по отношению к разноименным полюсным наконечникам. Тогда новые значения сопротивления магнитодиодов попарно равны между собой (Р4=Р5, Р6=Р7), и хотя величины сопротивления одной пары не равны величинам сопротивления другой пары (P4=Р5)≠ (P6=Р7), в обоих случаях мост, который состоит из четырех одинаковых магнитодиодов, уравновешен.In the absence of a magnetic field (the electromagnet is switched off), the magnitudes of the resistance of the magnetodiodes are equal to each other (P 4 = P 5 = P 6 = P 7 ), and in the presence of a magnetic field (the electromagnet is turned on) and the absence of fluid in the pipeline, the values of the resistance of the magnetodiodes change by ± P, where the signs ± depend on the magnetic field strength, i.e. from the location of the magnetodiodes with respect to the opposite pole tips. Then the new values of the resistance of the magnetodiodes are pairwise equal (P 4 = P 5 , P 6 = P 7 ), and although the resistance values of one pair are not equal to the resistance values of the other pair (P 4 = P 5 ) ≠ (P 6 = P 7 ) , in both cases, the bridge, which consists of four identical magnetodiodes, is balanced.
При наличии потока жидкости в трубопроводе движущаяся жидкость со скоростью V создает разность потенциалов вследствие трибоэлектрического эффекта. При этом движущаяся жидкость заряжается отрицательно, а на внутренней поверхности трубопровода образуются положительные заряды. Степень поляризации значительно возрастает на измерительном участке 11 трубы 1 за счет двух факторов. Первый фактор обусловлен тем, что измерительный участок 11 выполнен из полимерного материала и с внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов. В качестве такого материала может быть использован политетрафтороэтилен, нейлон и другие полимеры.In the presence of a fluid flow in the pipeline, a moving fluid with a speed V creates a potential difference due to the triboelectric effect. In this case, the moving fluid is negatively charged, and positive charges are formed on the inner surface of the pipeline. The degree of polarization increases significantly in the
Второй фактор обусловлен тем, что внутри измерительного участка 11 трубопровода 1 установлен турболизатор 13, который обеспечивает закручивание движущейся жидкости по винтообразной траектории. При этом турбулизатор 13 выполнен в виде металлического стержня и установлен по спирали с шагом t, определяемым из соотношения:The second factor is due to the fact that inside the
t/D=0,5-0,7,t / D = 0.5-0.7,
и отношением диаметра d стержня спирали к наружному диаметру трубы:and the ratio of the diameter d of the spiral rod to the outer diameter of the pipe:
d/D=0,05-0,07,d / D = 0.05-0.07,
где d - наружный диаметр трубы, с возможностью закручивания движущейся жидкости по винтообразной траектории.where d is the outer diameter of the pipe, with the possibility of twisting the moving fluid along a helical path.
Это повышает степень турбулентности и поляризации движущейся жидкости, что объясняется тем, что почти все внутренние слои жидкости начинают соприкасаться с внутренней поверхностью измерительного участка 11.This increases the degree of turbulence and polarization of the moving fluid, which is explained by the fact that almost all the inner layers of the fluid begin to come into contact with the inner surface of the
Однако образующиеся положительные заряды измерительного участка 11 нейтрализуют некоторые отрицательные заряды жидкости в соответствии с законом Кулона, что значительно снижает степень поляризации движущейся жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок 11 трубы 1 снабжен заземленными металлическими кольцами 12. Заряды положительного знака внутренней поверхности измерительного участка 11 трубы 1 “стекают” сначала на металлические кольца 12, а затем на землю.However, the generated positive charges of the
Движущая жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле. Это поле, взаимодействуя с постоянным магнитным полем возбуждения, искажает его. Последнее обстоятельство приводит к изменению сопротивления магнитодиодов в зависимости от расхода контролируемой жидкости и температуры внешней среды или потока жидкости, мост разбалансируется.A moving fluid is a system of moving negative charges and is a current (convective) around which a magnetic field arises. This field, interacting with a constant magnetic field of excitation, distorts it. The latter circumstance leads to a change in the resistance of the magnetodiodes depending on the flow rate of the controlled fluid and the temperature of the environment or fluid flow, the bridge will be unbalanced.
Так как при наличии расхода жидкости магнитодиоды 4 и 6, включенные в верхние плечи моста, находятся в идентичных магнитных условиях, а магнитодиоды 5 и 7, включенные в нижние плечи моста, находятся в других идентичных магнитных условиях, то их температурные коэффициенты, соответственно, также будут равны, а следовательно, их чувствительность к изменению температуры одинакова. Следовательно, погрешность от влияния температуры среды или потока электропроводящей жидкости компенсируются.Since, in the presence of fluid flow, the
Изменение сопротивления магнитодиодов зависит только от расхода контролируемой жидкости. У магнитодиодов первой пары сопротивление одного магнитодиода увеличивается, а другого - уменьшается, во второй паре - наоборот, что приводит к неравенству величин сопротивлений (Р4≠ P5≠ P6≠ Р7) магнитодиодов с соответствующим увеличением чувствительности. Сигнал в виде напряжения разбаланса с выхода моста, определяемый изменением сопротивления магнитодиодов, однозначно зависит от расхода жидкости, усиливается усилителем 9 и подается на регистрирующий прибор 10.The change in the resistance of the magnetodiodes depends only on the flow rate of the controlled fluid. In the magneto-diodes of the first pair, the resistance of one magnetodiode increases, and the other decreases, in the second pair, on the contrary, which leads to an inequality in the resistance values (P 4 ≠ P 5 ≠ P 6 ≠ P 7 ) of the magneto diodes with a corresponding increase in sensitivity. The signal in the form of the unbalance voltage from the bridge output, determined by the change in the resistance of the magnetodiodes, uniquely depends on the fluid flow rate, is amplified by an
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкости. Это достигается за счет установки внутри измерительного участка спирали, которая закручивает движущуюся жидкость и создает ей большую турбулентность и поляризацию.Thus, the proposed device in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased accuracy and sensitivity to low liquid flow rates. This is achieved through the installation of a spiral inside the measuring section, which twists the moving fluid and creates greater turbulence and polarization.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003107778/28A RU2242721C1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Device for measuring flow rate of conductive fluids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003107778/28A RU2242721C1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Device for measuring flow rate of conductive fluids |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003107778A RU2003107778A (en) | 2004-09-10 |
| RU2242721C1 true RU2242721C1 (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=34387755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003107778/28A RU2242721C1 (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Device for measuring flow rate of conductive fluids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2242721C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102445245A (en) * | 2011-11-02 | 2012-05-09 | 刘铁军 | Flow rate measurement device based on bridge-type flow rate measurement and electromagnetic flow rate measurement |
| RU2655621C1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-05-29 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method for determining liquid flow rate in a pipeline |
-
2003
- 2003-03-12 RU RU2003107778/28A patent/RU2242721C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102445245A (en) * | 2011-11-02 | 2012-05-09 | 刘铁军 | Flow rate measurement device based on bridge-type flow rate measurement and electromagnetic flow rate measurement |
| RU2655621C1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-05-29 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method for determining liquid flow rate in a pipeline |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cha et al. | Flow measurement with an electromagnetic flowmeter in two-phase bubbly and slug flow regimes | |
| US3233173A (en) | Method of determining the volume of particles in a mixture | |
| US4363244A (en) | Fluid velocity meter | |
| US3406569A (en) | Magnetic flowmeter of improved linearity | |
| JP5254256B2 (en) | Method for measuring the flow velocity of a medium by applying a magnetic field to the measurement volume | |
| WO2005059476A3 (en) | Tunable empty pipe function | |
| US3374672A (en) | Flowmeter | |
| US3443432A (en) | Flowmeter | |
| RU2242721C1 (en) | Device for measuring flow rate of conductive fluids | |
| RU2471154C1 (en) | Ball-type primary transducer of flow of electroconductive liquid | |
| US2637207A (en) | Magnetic flowmeter | |
| RU2190190C2 (en) | Device measuring flow rate of current-conducting fluids | |
| CN111189881A (en) | Two-phase flow grid sensor visualization method based on differential measurement mode | |
| RU2655621C1 (en) | Method for determining liquid flow rate in a pipeline | |
| DE102006018623B4 (en) | Method and arrangement for contactless measurement of the flow of electrically conductive media | |
| RU2343423C1 (en) | Electromagnetic flowmeter | |
| RU2000129405A (en) | DEVICE FOR MEASURING CONSUMPTION OF ELECTRICALLY CONDUCTING LIQUIDS | |
| KR100467314B1 (en) | Electromagnetic Flowmeter | |
| Hemp et al. | Problems in the theory and design of electromagnetic flowmeters for dielectric liquids: Part 1: experimental assessment of static charge noise levels and signal-to-noise ratios | |
| RU2190833C2 (en) | Procedure determining flow rate of fluid in pipe-line | |
| Grossman et al. | Turbulence in civil engineering: Investigations in liquid shear flow by electromagnetic induction | |
| O'Sullivan | Performance of an electromagnetic flowmeter with six point electrodes | |
| RU2310816C2 (en) | Vortex electromagnetic converter of liquid metal flow rate | |
| RU2811675C1 (en) | Ball flow meter for electrically conductive liquid | |
| GB2063482A (en) | Fluid Velocity Meter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050313 |