ДАТЧИК РАСХОДОМЕРА

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.

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.).

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.

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.

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.

Последний расходомер имеет наибольшее число существенных признаков с предлагаемым и поэтому выбран в качестве прототипа.

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.

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.

Целесообразно также, для измерения реверсивных потоков, корпус выполнить с идентичными входным и выходным тангенциальными патрубками, которые имеют одинаковое расположение относительно корпуса и магнита.

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.

Особенностью предложенного устройства является также то, что корпус выполнен с идентичными входным и выходным тангенциальными патрубками, которые имеют одинаковое расположение относительно корпуса и магнита.

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.

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.

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.

Датчик расходомера работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.