RU42891U1

RU42891U1 - FLOWMETER

Info

Publication number: RU42891U1
Application number: RU2004128166/22U
Authority: RU
Inventors: В.В. Попов; Ю.А. Сатаев; Владимир Андреевич Толстунов; В.В. Жуков; А.И. Башмаков
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2004-12-20

Abstract

Полезная модель относится к средствам измерения расхода жидкостей электромагнитным методом. Расходомер содержит установленную на трубопроводе магнитную систему, образованную постоянными магнитами и измерительную систему, при этом последняя включает упругий электропроводный элемент в виде одной или нескольких струн и средство измерения параметров электрического тока, например амперметр или вольтметр, упругий электропроводный элемент расположен в трубопроводе между постоянными магнитами поперек потока и поперек силовых линий магнитного поля, а средство измерения параметров электрического тока подключено к упругому электропроводному элементу к его противоположным концам. В результате достигается упрощение конструкции при обеспечении возможности измерения расхода как электропроводных, так и не электропроводных жидких сред.The utility model relates to means for measuring fluid flow by the electromagnetic method. The flowmeter contains a magnetic system mounted on the pipeline, formed by permanent magnets and a measuring system, the latter comprising an elastic conductive element in the form of one or more strings and means for measuring electric current parameters, for example, an ammeter or voltmeter, an elastic conductive element is located across the pipeline between the permanent magnets across flow and across the lines of force of the magnetic field, and a means of measuring the parameters of the electric current is connected to an elastic oprovodnomu element to its opposite ends. As a result, design simplification is achieved while allowing flow measurement of both electrically conductive and non-conductive liquid media.

Description

Полезная модель относится к средствам измерения расхода жидкостей электромагнитным методом и может быть использовано для измерения расхода воды в жилищно-коммунальном хозяйстве.The utility model relates to means for measuring the flow of liquids by the electromagnetic method and can be used to measure the flow of water in the housing and communal services.

Известны электромагнитные расходомеры, содержащие магнитную систему, канал, футерованный изнутри изоляционным материалом, два электрода, установленных заподлицо с внутренней поверхностью канала и контактирующих с измеряемой средой, и измерительную систему ( см. Корсунский Л.М. Электромагнитные гидрометрические приборы, Москва, Стандартгиз, 1964, с.7).There are known electromagnetic flowmeters containing a magnetic system, a channel lined with insulating material from the inside, two electrodes mounted flush with the inner surface of the channel and in contact with the medium to be measured, and a measuring system (see Korsunsky L.M. Electromagnetic hydrometric instruments, Moscow, Standardgiz, 1964 , p. 7).

Недостатками таких расходомеров являются чувствительность к профилю скорости потока в канале и низкая точность измерения нестационарных процессов.The disadvantages of such flowmeters are sensitivity to the profile of the flow rate in the channel and the low accuracy of the measurement of non-stationary processes.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является расходомер, содержащий установленную на трубопроводе магнитную систему, образованную постоянными магнитами и измерительную систему (см. авторское свидетельство SU № 901826, кл. G 01 F 1/58, 30.01.1982).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a flow meter containing a magnetic system mounted on the pipeline formed by permanent magnets and a measuring system (see copyright certificate SU No. 901826, class G 01 F 1/58, 01/30/1982).

Однако данный расходомер предназначен для измерения расхода только электропроводных жидких сред. Кроме того, данный расходомер имеет сложную конструкцию. Все это сужает область использования данного расходомера.However, this flowmeter is designed to measure the flow rate of electrically conductive liquid media only. In addition, this flowmeter has a complex structure. All this narrows the scope of use of this flowmeter.

Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является упрощение конструкции при обеспечении возможности измерения расхода как электропроводных, так и неэлектропроводных жидких сред.The technical result, which is achieved by the present utility model, is to simplify the design while providing the ability to measure the flow rate of both electrically conductive and non-conductive liquid media.

Указанный технический результат достигается за счет того, что расходомер содержит установленную на трубопроводе магнитную систему, образованную постоянными магнитами и измерительную систему, при этом The specified technical result is achieved due to the fact that the flow meter contains a magnetic system mounted on the pipeline, formed by permanent magnets and a measuring system, while

последняя включает упругий электропроводный элемент в виде одной или нескольких струн и средство измерения параметров электрического тока, например амперметр или вольтметр, упругий электропроводный элемент расположен в трубопроводе между постоянными магнитами поперек потока и поперек силовых линий магнитного поля, а средство измерения параметров электрического тока подключено к упругому электропроводному элементу к его противоположным концам.the latter includes an elastic conductive element in the form of one or more strings and means for measuring the parameters of the electric current, for example an ammeter or voltmeter, an elastic conductive element is located in the pipeline between the permanent magnets across the flow and across the magnetic field lines, and the means for measuring the parameters of the electric current is connected to the elastic conductive element to its opposite ends.

Расходомер может быть снабжен обтекаемым вихреобразующим телом, расположенным перед упругим электропроводным элементом или на упругом электропроводном элементе.The flowmeter may be provided with a streamlined swirl body located in front of the elastic conductive element or on the elastic conductive element.

Как известно расходомеры, которые основаны на зависимости расхода от частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи относятся к вихревым расходомерам.As is known, flow meters that are based on the dependence of the flow on the frequency of pressure fluctuations that occur in the stream during vortex formation or jet oscillations are vortex flow meters.

Тело, находящееся на пути потока, изменяет направление движения обтекающих его струй и увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. За миделевым сечением тела начинается обратный процесс уменьшения скорости и увеличения давления. Одновременно с этим на передней стороне тела создается повышенное, а на задней стороне -пониженное давление. Пограничный слой, обтекающий тело, пройдя его миделево сечение, отрывается от тела и под влиянием пониженного давления за телом изменяет направление движения, образуя вихрь. Это происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекакаемого тела. Но так как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой стороны, то образование вихрей с той и другой стороны происходит поочередно. При этом за обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана.A body on the path of the stream changes the direction of motion of the jets flowing around it and increases their speed due to a corresponding decrease in pressure. Behind the mid-section of the body, the inverse process of decreasing speed and increasing pressure begins. At the same time, increased pressure is created on the front side of the body, and reduced pressure on the back side. The boundary layer flowing around the body, passing its mid-section, breaks away from the body and under the influence of reduced pressure behind the body changes the direction of motion, forming a vortex. This occurs at both the upper and lower points of the streamlined body. But since the development of the vortex on the one hand hinders the same development on the other hand, the formation of vortices on both sides occurs alternately. In this case, a vortex path of Karman is formed behind the streamlined body.

Частота срыва вихрей с обтекаемого тела определяется следующим образом:The frequency of disruption of the vortices from the streamlined body is determined as follows:

f=νSh/df = νSh / d

где ν - скорость потока, a d - характерный поперечный размер обтекаемого тела, Sh - критерий Струхаля,where ν is the flow velocity, a d is the characteristic transverse size of the streamlined body, Sh is the Struhal criterion,

т. е. частота срывания вихрей или фактически частота пульсаций давления пропорциональна отношению ν/d, а следовательно, при постоянном характерном размере d тела пропорциональна скорости v₀ и / определяется из уравненияi.e., the frequency of the breakdown of the vortices or, in fact, the frequency of pressure pulsations is proportional to the ratio ν / d, and therefore, at a constant characteristic size d of the body is proportional to the speed v ₀ and / is determined from the equation

Q₀=(sd/Sh)f,Q ₀ = (sd / Sh) f,

где s - площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг обтекаемого тела.where s is the area of the smallest cross section of the flow around the streamlined body.

Чтобы обеспечить пропорциональность между Q₀ и f, число Струхаля Sh должно оставаться неизменным в возможно большей области значений числа Re. Для обтекаемого цилиндра число Sh остается постоянным в области 10³-10⁴ < Re <2-10⁵. Поэтому расходомер с цилиндрическим обтекаемым телом может иметь диапазон измерения Qmax/Qmin=20. Такой диапазон может иметь место в том случае, если при Qmin скорость v в трубе будет достаточна и обеспечит устойчивое вихреобразование (в частности, для воды ν>0,2 м/с). Кроме цилиндрического поперечного сечения могут найти применение обтекаемые тела с прямоугольным, треугольным или трапецеидальным (дельтообразным) поперечным сечением. У последних основание обращено навстречу потоку. Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые колебания, хотя и создают несколько большую потерю давления. Кроме того, они удобны для организации второй ступени преобразования частоты в выходной сигнал. В качестве такого обтекаемого тела может быть использован упругий электропроводный элемент в виде струны, помещенный в поток преимущественно жидкой среды. Описанные выше явления, возникающие при обтекании струны, приводят к вибрации проволоки в направлении перпендикулярном к потоку. Размещение упругого электропроводного элемента в виде струны в созданном постоянными магнитами поле поперек силовых линий магнитного поля приводит к образованию ЭДС. Таким образом в упругом электропроводном элементе в виде струны генерируется электрический ток. Величина и To ensure proportionality between Q ₀ and f, the Strouhal number Sh must remain unchanged in the largest possible range of Re. For a streamlined cylinder, the number Sh remains constant in the range 10 ³ -10 ⁴ <Re <2-10 ⁵ . Therefore, a flowmeter with a cylindrical streamlined body may have a measuring range of Qmax / Qmin = 20. Such a range can take place if, at Qmin, the velocity v in the pipe is sufficient and provides stable vortex formation (in particular, for water ν> 0.2 m / s). In addition to a cylindrical cross section, streamlined bodies with a rectangular, triangular or trapezoidal (deltoid) cross section can be used. In the latter, the base is facing the stream. Such bodies form strong and regular vortex oscillations, although they create a slightly greater pressure loss. In addition, they are convenient for organizing the second stage of frequency conversion into an output signal. As such a streamlined body, an elastic electrically conductive element in the form of a string placed in a stream of predominantly liquid medium can be used. The phenomena described above that occur during the flow around a string lead to vibration of the wire in a direction perpendicular to the flow. Placing an elastic conductive element in the form of a string in a field created by permanent magnets across the magnetic field lines leads to the formation of an EMF. Thus, an electric current is generated in the elastic conductive element in the form of a string. Value and

продолжительность электрического импульса регистрируется посредством средства для измерения параметров электрического тока, например с помощью амперметра. При необходимости в электрической цепи могут быть установлены усилители. Результаты измерения могут быть записаны на носители информации с возможностью её хранения при выключении, без непрерывной подачи электричества по типу, например, флэш-памяти (Flash memory). Эти модули памяти (Compact Flash, SmartMedia и MultiMediaCard) работают при напряжениях до 3,3 или 2,7 В и токе до 35 мА. Их достоинствами являются компактность, энергонезависимость, высокая прочность, долгий срок службы. Считывание данных флэш-карты может производиться на стандартных цифровых устройствах.the duration of the electric pulse is recorded by means for measuring the parameters of the electric current, for example using an ammeter. If necessary, amplifiers can be installed in the electrical circuit. The measurement results can be recorded on storage media with the ability to store it when turned off, without continuous supply of electricity, such as, for example, flash memory (Flash memory). These memory modules (Compact Flash, SmartMedia and MultiMediaCard) operate at voltages up to 3.3 or 2.7 V and current up to 35 mA. Their advantages are compactness, non-volatility, high strength, long service life. Flash card data can be read on standard digital devices.

Для усиления возбуждения колебаний упругого электропроводного элемента в виде струны в потоке, например в ламинарном потоке перед упругим электропроводным элементом может быть установлено еще одно обтекаемое тело, например, пластина под углом к продольной оси трубопровода, что дает возможность преобразовать ламинарное движение в турбулентное. Кроме того, турбулентность потока, вызывающего колебание упругого электропроводного элемента , может быть достигнута за счет размещения обтекаемого тела на самом упругом электропроводном элементе. Такое обтекаемое тело может быть выполнено, например, в виде гибкой ленты, присоединенной к упругому электропроводному элементу.To enhance the excitation of vibrations of an elastic electrically conductive element in the form of a string in a stream, for example, in the laminar flow, another streamlined body can be installed in front of the elastic electrically conductive element, for example, a plate at an angle to the longitudinal axis of the pipeline, which makes it possible to convert laminar motion to turbulent. In addition, the turbulence of the flow causing the oscillation of the elastic conductive element can be achieved by placing the streamlined body on the elastic conductive element itself. Such a streamlined body can be made, for example, in the form of a flexible tape attached to an elastic electrically conductive element.

Таким образом, выполнение расходомера описанным выше образом позволит достигнуть выполнения поставленного в полезной модели технического результата - создать простую конструкцию при обеспечении возможности измерения расхода как электропроводных, так и не электропроводных жидких сред.Thus, the implementation of the flow meter in the manner described above will achieve the achievement of the technical result set in the utility model - to create a simple design while providing the ability to measure the flow rate of both electrically conductive and non-conductive liquid media.

На чертеже схематически показан описываемый расходомер.The drawing schematically shows the described flow meter.

Расходомер содержит установленную на трубопроводе 1 магнитную систему, образованную постоянными магнитами 2 и измерительную систему, при этом последняя включает упругий электропроводный элемент 3 в виде The flow meter contains a magnetic system mounted on the pipeline 1, formed by permanent magnets 2 and a measuring system, the latter includes an elastic conductive element 3 in the form

одной или нескольких струн или проволок и средство измерения параметров электрического тока 4, например амперметр или вольтметр. Упругий электропроводный элемент 3 расположен в трубопроводе 1 между постоянными магнитами 2 поперек потока и поперек силовых линий магнитного поля, а средство измерения электрического тока 4 подключено к упругому электропроводному элементу 3 к его противоположным концам.one or more strings or wires and means for measuring the parameters of the electric current 4, for example, an ammeter or voltmeter. The elastic conductive element 3 is located in the pipe 1 between the permanent magnets 2 across the flow and across the magnetic field lines, and the electric current measuring means 4 is connected to the elastic conductive element 3 to its opposite ends.

Расходомер может быть снабжен обтекаемым вихреобразующим телом расположенным перед упругим электропроводным элементом или на упругом электропроводном элементе (на чертеже не показаны).The flowmeter may be provided with a streamlined vortex-forming body located in front of the elastic conductive element or on the elastic conductive element (not shown in the drawing).

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

Поток набегает на упругий электропроводный элемент 3 и вызывает его вибрацию в направлении перпендикулярном силовым линиям магнитного поля, созданного магнитами 2. В результате в соответствии с законом электромагнитной индукции в упругом электропроводном элементе генерируется электродвижущая сила (ЭДС), которая пропорциональна скорости потока, а следовательно, расходу потока через расходомер. ЭДС регистрируется средством измерения параметров электрического тока 4, например амперметром, показания которого оттарированы в единицах измерения расхода.The flow runs onto the elastic conductive element 3 and causes it to vibrate in the direction perpendicular to the lines of force of the magnetic field created by the magnets 2. As a result, in accordance with the law of electromagnetic induction, an electromotive force (EMF) is generated in the elastic conductive element, which is proportional to the flow velocity, and therefore flow rate through the flow meter. EMF is recorded by means of measuring the parameters of electric current 4, for example, an ammeter, the readings of which are calibrated in units of flow rate.

Настоящая полезная модель может быть использована практически в любом трубопроводе для измерения расхода жидких и газовых сред, например в коммунальном хозяйстве при измерении расхода воды в квартирах.This utility model can be used in almost any pipeline to measure the flow rate of liquid and gas media, for example, in public utilities when measuring the flow rate of water in apartments.

Claims

1. A flowmeter containing a magnetic system mounted on the pipeline formed by permanent magnets and a measuring system, characterized in that the measuring system includes an elastic conductive element in the form of one or more strings and means for measuring electric current parameters, for example an ammeter or voltmeter, while the elastic conductive the element is located in the pipeline between the permanent magnets across the flow and across the lines of force of the magnetic field, and the means for measuring the parameters of the electric one current is connected to the elastic conductive member to its opposite ends.

2. The flow meter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a streamlined vortex-forming body located in front of the elastic conductive element.

3. The flow meter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a streamlined vortex-forming body located on an elastic electrically conductive element.