RU74707U1

RU74707U1 - ELECTROMAGNETIC FLOW SENSOR

Info

Publication number: RU74707U1
Application number: RU2008105093/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Евгеньевич Лосев (RU); Виктор Евгеньевич Лосев; Станислав Дмитриевич Николаев (RU); Станислав Дмитриевич Николаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Взлет"
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2008-07-10

Abstract

1. Датчик электромагнитного расходомера, содержащий корпус, выполненный в виде участка трубопровода из немагнитного материала, который помещен в электромагнитное поле, и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля, и расположенную в пределах магнитного поля индукционную катушку в виде печатной платы, проводящий слой которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции, отличающийся тем, что печатная плата помещена с наружной стороны корпуса, ее проводящий слой обращен наружу, а между трубой и печатной платой помещен слой, выполненный из эластичного электроизоляционного материала.2. Датчик электромагнитного расходомера по п.1, отличающийся тем, что поверхность печатной платы, обращенная в сторону корпуса, покрыта слоем металлизации.3. Датчик электромагнитного расходомера по п.1, отличающийся тем, что эластичный слой закреплен на корпусе с помощью эластичного клея.1. The sensor of an electromagnetic flow meter, comprising a housing made in the form of a portion of a pipeline of non-magnetic material that is placed in an electromagnetic field and coated inside with an insulating layer, two electrodes are inserted into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid movement and the direction of the power lines of the magnetic field, and an induction coil located within the magnetic field in the form of a printed circuit board, the conductive layer of which is made along the level lines of the surface weight function, characterized in that the printed circuit board is placed on the outside of the casing, its conductive layer is facing outward, and a layer made of flexible electrical insulating material is placed between the pipe and the printed circuit board. 2. The electromagnetic flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that the surface of the printed circuit board facing the housing is coated with a metallization layer. The electromagnetic flow meter sensor according to claim 1, characterized in that the elastic layer is fixed to the housing using elastic glue.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения расхода жидких электропроводящих сред, в частности может быть использована для измерения расхода абразивной пульпы железорудного концентрата в воде.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to determine the flow rate of liquid electrically conductive media, in particular, can be used to measure the flow rate of abrasive pulp of iron ore concentrate in water.

Известен электромагнитный расходомер для определения расхода электропроводящей жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн.2. - 5-е изд., - Спб.: Политехника, 2004, стр.304-305) (Л.1), корпус которого выполнен в виде участка трубопровода из немагнитного материала, покрытого внутри изоляционным слоем и помещенного между полюсами электромагнита. В него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля.Known electromagnetic flowmeter for determining the flow rate of electrically conductive liquid (Kremlevsky P.P. Flowmeters and counters of the amount of substances: Reference: Book 2. - 5th ed., - St. Petersburg: Polytechnic, 2004, pp. 304-305) (L. 1), the casing of which is made in the form of a pipeline section of non-magnetic material, coated inside with an insulating layer and placed between the poles of an electromagnet. Two electrodes are introduced into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid motion and the direction of the magnetic field lines.

При осесимметричном потоке и при равномерном распределении электромагнитной индукции потока во времени показания расходомера будут точно измерять расход среды, но поток пульпы железорудного концентрата создает иные условия, и величина магнитной проницаемости меняется в значительных пределах не только во времени, но и по поперечному сечению потокаWith an axisymmetric flow and with a uniform distribution of the electromagnetic induction of the flow over time, the flow meter readings will accurately measure the flow rate of the medium, but the pulp flow of the iron ore concentrate creates different conditions, and the magnetic permeability varies significantly not only in time but also in the cross section of the flow

Известен датчик электромагнитного расходомера для измерения жидких электромагнитных сред, в котором частично устранена зависимость выходного сигнала от вариаций магнитной проницаемости во времени (Патент РФ №1830135 МПК G01F 1/58). Он содержит участок трубопровода из немагнитного материала, который помещен между полюсами электромагнита и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля, а в зазоре между полюсами электромагнита и участком трубопровода помещены витки катушки для измерения производой магнитного поля по времени.A known sensor of an electromagnetic flow meter for measuring liquid electromagnetic media, in which the dependence of the output signal on the magnetic permeability variations in time is partially eliminated (RF Patent No. 1830135 IPC G01F 1/58). It contains a portion of a pipeline of non-magnetic material that is placed between the poles of the electromagnet and coated inside with an insulating layer, two electrodes are inserted into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid motion and the direction of the magnetic field lines, and in the gap between the poles of the electromagnet and a section of the pipeline contains coil turns for measuring the time derivative of the magnetic field.

Недостатком известного устройства является то, что при измерении расхода учитывается только изменение магнитной проницаемости во времени, но не учитываются ее изменения по площади трубы, связанные с отсутствием осесимметричности потока.A disadvantage of the known device is that when measuring the flow, only the change in magnetic permeability with time is taken into account, but its changes in pipe area due to the absence of axisymmetric flow are not taken into account.

Известно, что при осесимметричном потоке показания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе будут приблизительно одинаковыми как при турбулентном потоке, так и при ламинарном. Но движение пульпы железорудного концентрата не является равномерным по площади трубы. Нарушение осевой симметрии It is known that with an axisymmetric flow, the readings of an electromagnetic flowmeter at the same flow rate will be approximately the same both in a turbulent flow and in a laminar flow. But the movement of the pulp of iron ore concentrate is not uniform over the area of the pipe. Axial symmetry breaking

потока влияет на показания расходомера. Это влияние обусловлено тем, что вклад отдельной частицы пульпы в создание разности потенциалов на электродах тем больше, чем ближе расположена эта частица к тому или другому электроду. (Л.1 стр.303).flow influences flow meter readings. This effect is due to the fact that the contribution of an individual pulp particle to the creation of the potential difference on the electrodes is greater, the closer this particle is located to one or another electrode. (L.1 p. 303).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является датчик электромагнитного расходомера, содержащий участок трубопровода из немагнитного материала, который помещен между полюсами электромагнита и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля и, расположенную в пределах магнитного поля индукционную катушку в виде двух гибких печатных плат, проводящий слой которых выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции.The closest set of essential features to the proposed one is an electromagnetic flowmeter sensor containing a portion of a pipeline of non-magnetic material that is placed between the poles of the electromagnet and coated inside with an insulating layer, two electrodes are inserted into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid movement and the direction magnetic field lines and an induction coil located within the magnetic field in the form of two flexible printed circuit boards, the conductive layer of which ying level of surface lines of the weighting function.

Известный датчик позволяет определять расход с высокой степенью точности. Но его конструкция предполагает его использование для определения расхода жидких сред с достаточно равномерным перемещением измеряемого потока по трубопроводу. Перемещение пульпы железорудного концентрата не удовлетворяет этому условию, так как ее перемещение сопровождается повышенной вибрацией и гидроударами. Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание датчика магнитного расходомера обладающего высокой механической прочностью.The known sensor allows you to determine the flow with a high degree of accuracy. But its design involves its use to determine the flow rate of liquid media with a fairly uniform movement of the measured flow through the pipeline. The movement of pulp of iron ore concentrate does not satisfy this condition, since its movement is accompanied by increased vibration and water hammer. The technical problem solved by the utility model is the creation of a magnetic flowmeter sensor with high mechanical strength.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый расходомер содержит так же, как и известный, корпус, выполненный в виде участка трубопровода из немагнитного материала, который помещен в электромагнитное поле и покрытый внутри изоляционным слоем, в него введены два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля, и, расположенную в пределах магнитного поля индукционную катушку в виде гибкой печатной платы, проводящий слой которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. Но в отличие от известного, в предлагаемом датчике катушка индуктивности помещена с наружной стороны корпуса, ее проводящий слой обращен наружу, а между катушкой индуктивности и корпусом помещен слой, выполненный из эластичного электроизоляционного материала.The problem is solved due to the fact that the proposed flowmeter contains, as well as the known one, a body made in the form of a section of a pipeline of non-magnetic material that is placed in an electromagnetic field and coated inside with an insulating layer, two electrodes are introduced into it in a direction perpendicular to to the direction of fluid motion, and to the direction of the magnetic field lines, and, located within the magnetic field, an induction coil in the form of a flexible printed circuit board, the conductive layer of which is made along the line pits of the level of surface weight function. But unlike the known one, in the proposed sensor the inductor is placed on the outside of the housing, its conductive layer is facing outward, and a layer made of elastic electrical insulating material is placed between the inductor and the housing.

Достигаемым техническим результатом является повышение механической надежности датчика при сохранении высокой точности измерения.Achievable technical result is to increase the mechanical reliability of the sensor while maintaining high measurement accuracy.

Известно, что расположение витков по линиям уровня поверхностной весовой функции дает наиболее точные измерения (Авторские свидетельства SU №627343, №1467399 МПК G01F 25/00). Известно также, например, из Авторского свидетельства It is known that the location of the turns along the level lines of the surface weight function gives the most accurate measurements (Copyright certificate SU No. 627343, No. 1467399 IPC G01F 25/00). It is also known, for example, from the Copyright certificate

№838355, что катушка индуктивности может быть выполнена в виде печатной платы, проводящий слой которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. При этом известно, что использование такой катушки индуктивности позволяет достичь высокой точности измерения, так как в этом случае любое изменение магнитного поля изменяет в равной мере наведенную в индукционной катушке ЭДС Е и сигнал датчика U. Поэтому при использовании отношения U/E в качестве меры расхода их изменение не влияет на точность измерения. Но, как правило, такие катушки индуктивности устанавливают внутри трубы. Для измерения пульпы железорудного концентрата следует иметь в виду, что ее движение сопровождается вибрацией трубы, которая может вызвать повреждение катушки в том случае, если она будет расположена внутри корпуса датчика или на самом корпусе снаружи. Но движение пульпы сопровождается не только вибрацией трубопровода, но и сильными гидроударами, возникающими при пуске насоса, подающего пульпу от которых печатная плата должна быть механически защищена.No. 838355, that the inductor can be made in the form of a printed circuit board, the conductive layer of which is made along the level lines of the surface weight function. It is known that the use of such an inductance coil allows one to achieve high measurement accuracy, since in this case any change in the magnetic field changes the emf E and the sensor signal U induced in the induction coil equally. Therefore, when using the U / E ratio as a flow rate their change does not affect the measurement accuracy. But, as a rule, such inductors are installed inside the pipe. To measure the pulp of iron ore concentrate, it should be borne in mind that its movement is accompanied by vibration of the pipe, which can cause damage to the coil if it is located inside the sensor housing or on the outside of the housing itself. But the movement of the pulp is accompanied not only by vibration of the pipeline, but also by strong water hammering that occurs when the pump starts, which feeds the pulp from which the circuit board must be mechanically protected.

Поэтому в соответствие с формулой полезной модели между корпусом датчика и печатной платой помещен слой эластичного материала, который предохраняет ее от ударных воздействий пульпы. Эластичность материала позволяет решить еще одну задачу при измерении расхода железорудного концентрата. Дело в том, что трубопровод проходит в условиях практически открытого пространства, и расходомер должен работать с учетом большого перепада температур. Учитывая то, что корпус расходомера под влиянием изменения температур может изменять свой диаметр, использование эластичного материала позволяет изолировать печатную плату катушки от колебаний размера корпуса и предотвращает ее разрушение.Therefore, in accordance with the utility model, a layer of elastic material is placed between the sensor housing and the printed circuit board, which protects it from the impact of the pulp. The elasticity of the material allows us to solve another problem when measuring the consumption of iron ore concentrate. The fact is that the pipeline passes in conditions of almost open space, and the flow meter should work taking into account the large temperature difference. Given that the body of the flowmeter can change its diameter under the influence of temperature changes, the use of an elastic material allows you to isolate the printed circuit board of the coil from fluctuations in the size of the body and prevents its destruction.

Формула полезной модели предусматривает электроизоляционные свойства эластичного материала. Это свойство необходимо для предотвращения короткого замыкания между витками катушки.The utility model formula provides for the electrical insulation properties of an elastic material. This property is necessary to prevent a short circuit between the turns of the coil.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует расходомер, в котором поверхность печатной платы, обращенная в сторону корпуса покрыта слоем металлизации.The combination of features formulated in paragraph 2 of the utility model formula characterizes a flowmeter in which the surface of the printed circuit board facing the case is covered with a metallization layer.

Техническим результатом является повышение точности измерения расходомера за счет повышения его помехоустойчивости. Металлизация платы является электростатическим экраном, предохраняющим прибор от посторонних магнитных помех.The technical result is to increase the accuracy of the measurement of the flow meter by increasing its noise immunity. The metallization of the board is an electrostatic shield protecting the device from extraneous magnetic interference.

Совокупность признаков, изложенных в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует расходомер, в котором эластичный слой закреплен на корпусе с помощью эластичного клея.The combination of features set forth in paragraph 3 of the utility model formula characterizes a flow meter in which an elastic layer is fixed to the body using elastic glue.

Эластичность клея позволяет выполнить достаточно прочное соединение эластичного слоя с корпусом, которое не зависит от температурных колебаний размеров корпуса.The elasticity of the adhesive allows you to make a fairly strong connection of the elastic layer with the body, which does not depend on temperature fluctuations in the size of the body.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен расходомер фронтальная проекция, а на фиг.2 вид сбоку - поперечное сечение.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 schematically shows a front projection flow meter, and in Fig. 2 a side view is a cross section.

Рассмотрим пример выполнения датчика электромагнитного расходомера. Он содержит корпус 1, помещенный в электромагнитное поле, и выполненный из немагнитного материала - нержавеющей стали. Внутренняя поверхность корпуса футерована электроизоляционным материалом - слоем 2, например, полиуретаном. В него введены два электрода 3 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. На корпусе размещена катушка индуктивности, она отделена от поверхности корпуса эластичным силиконовым слоем 4. Катушка индуктивности выполнена в виде гибкой печатной платы 5, проводящий слой 6 которой выполнен по линиям уровня поверхностной весовой функции. Противоположная сторона платы 5, обращенная в сторону корпуса, покрыта слоем металлизации, выполняющим функции электростатического экрана.Consider an example of an electromagnetic flowmeter sensor. It contains a housing 1, placed in an electromagnetic field, and made of non-magnetic material - stainless steel. The inner surface of the housing is lined with an insulating material - layer 2, for example, polyurethane. Two electrodes 3 are introduced into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid motion and the direction of the magnetic field lines. An inductor is placed on the housing, it is separated from the housing surface by an elastic silicone layer 4. The inductor is made in the form of a flexible printed circuit board 5, the conductive layer 6 of which is made along the level lines of the surface weight function. The opposite side of the board 5, facing the case, is covered with a metallization layer that acts as an electrostatic screen.

Рассматриваемый пример выполнения электромагнитного расходомера рассчитан на измерение среднего объемного расхода пульпы железорудного концентрата с содержанием его в твердой составляющей до 70% при изменении магнитной проницаемости потока μ от 1 до 12, при изменении температуры пульпы в диапазоне от +5 до +50С°, при диаметре условного прохода равном 300 мм, и при внешнем диаметре трубы, равном 324 мм. Максимальная погрешность измерения составляет 1,2 %.The considered example of the implementation of an electromagnetic flowmeter is designed to measure the average volumetric flow rate of the pulp of iron ore concentrate with a solid content of up to 70% when changing the magnetic permeability of the flow μ from 1 to 12, when changing the temperature of the pulp in the range from +5 to + 50 ° C, with a diameter nominal passage equal to 300 mm, and with an outer diameter of the pipe equal to 324 mm. The maximum measurement error is 1.2%.

Claims

1. The sensor of an electromagnetic flow meter, comprising a housing made in the form of a portion of a pipeline of non-magnetic material that is placed in an electromagnetic field and coated inside with an insulating layer, two electrodes are inserted into it in a direction perpendicular to both the direction of fluid movement and the direction of the power lines of the magnetic field, and an induction coil located within the magnetic field in the form of a printed circuit board, the conductive layer of which is made along the level lines of the surface weight function, characterized in that the printed circuit board is placed on the outside of the casing, its conductive layer is facing outward, and a layer made of an elastic insulating material is placed between the pipe and the printed circuit board.

2. The electromagnetic flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that the surface of the printed circuit board facing the housing is coated with a metallization layer.

3. The electromagnetic flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that the elastic layer is fixed to the housing using elastic glue.