Датчик контроля потока

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Датчик контроля потока, содержащий немагнитный корпус, неподвижный магниточувствительный элемент, выполненные с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной направлению потока, постоянный магнит и поворотный флажок, причем внутри корпуса установлена перегородка, вблизи которой расположен упомянутый постоянный магнит, а с другой стороны перегородки вблизи постоянного магнита расположен указанный магниточувствительный элемент постоянный магнит, флажок и ось, размещенные в контролируемом потоке среды, покрыты защитным покрытием с низкой адгезией, Фиг. 1 100822014.04.30 препятствующим отложениям на их поверхностях, отличающийся тем, что параллельно указанному постоянному магниту с зазором установлен идентичный упомянутому другой постоянный магнит с возможностью их совместного поворота и с сонаправленными полюсами таким образом, что в зазоре формируется квазиоднородное магнитное поле, а магниточувствительный элемент выполнен в виде датчика Холла, который установлен в центре указанного зазора, причем корпус датчика выполнен герметичным, рассчитанным на высокое давление, а в упомянутой перегородке размещен подшипник, охватывающий указанную ось в верхней части корпуса вне контролируемого потока среды установлены в плоскости, перпендикулярной потоку, две тонкие магнитомягкие пластины, слабо притягивающие указанную пару постоянных магнитов.(56) 1. А.с. 536435, МПК 01 13/00, 1976. 2. А.с. 454423, МПК 01 1/00,01 13/00,08 9/04, 1974. 3. Патент 2461009, МПК 01 13/00, 2012 (прототип). Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля наличия потоков различных сред в условиях высокого давления. Известен аэродатчик 1, содержащий корпус, постоянный магнит, жестко закрепленный на оси поворотный фланец и магнитоуправляемый контакт. Против полюсов магнита в корпусе закреплены две стойки незамкнутого магнитопровода, в разрыв которого установлены магнитоуправляемый контакт с двумя выводами и винт переменного магнитного шунта. На оси вместе с постоянным магнитом укреплен поворотный флажок. Недостатком этого устройства является сложность контроля потоков с малой скоростью. Это связано с необходимостью преодоления сил взаимодействия магнитной системы и сил трения передачи вращательного движения из контролируемой среды к постоянному магниту. Наличие перехода механического движения из контролируемой среды в корпус датчика усложняет его применение для контроля сред, находящихся под высоким давлением, например, природного газа. При повороте магнитной системы на некоторый угол происходит поворот флажка в мертвую точку, за счет того что сила возврата флажка уменьшается быстрее, чем происходит эффективное изменение площади взаимодействия флажка с потоком (за счет наличия магнитного шунта), что снижает надежность работы датчика и приводит к ложным показаниям, что требует ограничения угла поворота флажка, а это создает сопротивление движению потока за счет уменьшения эффективного прохода для потока, например, в трубопроводах малого сечения, что также снижает точность контроля за потоком. Кроме того, магнитоуправляемый контакт имеет дребезг при замыкании, что при малых потоках может вызвать ложные срабатывания. Известно устройство для контроля наличия потока среды 2, содержащее корпус с подводящим и отводящим патрубками, постоянный магнит и магнитоуправляемый контакт. В устройстве между магнитоуправляемым контактом и постоянным магнитом, укрепленным внутри корпуса, размещен шарнирно укрепленный одним концом Г-образный экран-заслонка, выполненный из ферромагнитного материала. Основным недостатком этого устройства является размещение магнитоуправляемого контакта в контролируемой среде, что ограничивает применение данного устройства для контроля потоков сред, находящихся под высоким давлением. Устройство 2 не позволяет контролировать наличие малых потоков среды, что связано со значительным весом заслонки и силами ее взаимодействия с магнитом, т.е. динамическая сила, действующая со стороны потока, должна быть больше этой силы, чего при малых потоках, особенно для газа, достичь практически невозможно. Кроме того, магнитоуправляемый контакт имеет 2 100822014.04.30 дребезг при замыкании, что при малых потоках может вызвать ложные срабатывания. Применение магнитоуправляемого контакта позволяет вести контроль потока только в дискретном режиме, есть поток или его нет, что для малых потоков неприемлемо. Таким образом, данное устройство имеет низкие точность и надежность контроля за потоком среды. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик контроля потока 3 (прототип). Он содержит корпус, постоянный магнит, магнитоуправляемый контакт и поворотный флажок. Внутри корпуса выполнена перегородка из немагнитного материала, вблизи которой расположен постоянный магнит с возможностью его поворота относительно оси, перпендикулярной направлению потока. Постоянный магнит выполнен намагниченным перпендикулярно оси поворота. К постоянному магниту присоединен флажок, причем магнитоуправляемый контакт расположен с другой стороны перегородки вблизи постоянного магнита. В датчике контроля потока упомянутый флажок может быть уравновешен эксцентрично установленным магнитом и/или противовесом, который присоединяется к магниту. Кроме того, постоянный магнит, флажок, ось и противовес, размещенные в контролируемом потоке среды, покрыты защитным покрытием с низкой адгезией, препятствующим отложениям на их поверхностях. Основные недостатки этого устройства следующие. Магнитоуправляемый контакт имеет дребезг при замыкании и размыкании, что при малых потоках может вызвать ложные срабатывания. Применение магнитоуправляемого контакта позволяет вести контроль потока только в дискретном режиме, есть поток или его нет, что для малых потоков неприемлемо, а более значительные потоки должны быть установившимися и ламинарными. Кроме того, дискретность фиксации потока не позволяет определять и идентифицировать потоки при пульсирующем давлении. Таким образом, данное устройство имеет низкие точность контроля и надежность за потоком среды. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение точности контроля и увеличение чувствительности и надежности при малых потоках или пульсирующем давлении. Датчик контроля потока содержит немагнитный корпус, неподвижный магниточувствительный элемент, выполненные с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной направлению потока, постоянный магнит и поворотный флажок, причем внутри корпуса установлена перегородка, вблизи которой расположен упомянутый постоянный магнит, а с другой стороны перегородки вблизи постоянного магнита расположен указанный магниточувствительный элемент постоянный магнит, флажок и ось, размещенные в контролируемом потоке среды, покрыты защитным покрытием с низкой адгезией, препятствующим отложениям на их поверхностях. Он отличается тем, что параллельно указанному постоянному магниту с зазором установлен идентичный упомянутому другой постоянный магнит с возможностью их совместного поворота и с сонаправленными полюсами таким образом, что в зазоре формируется квазиоднородное магнитное поле, а магниточувствительный элемент выполнен в виде датчика Холла, который установлен в центре указанного зазора, причем корпус датчика выполнен герметичным, рассчитанным на высокое давление, а в упомянутой перегородке размещен подшипник, охватывающий указанную ось в верхней части корпуса вне контролируемого потока среды установлены в плоскости, перпендикулярной потоку, две тонкие магнитомягкие пластины, слабо притягивающие указанную пару постоянных магнитов. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. 3 100822014.04.30 Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции устройства показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, датчик контроля потока содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной комплексной задачи по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно,заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен датчик в поперечном сечении трубопровода. На фиг. 2 приведено расположение магнитов, образующих квазиоднородное магнитное поле, в котором расположен датчик Холла. На фиг. 3 приведена типичная зависимость относительного выходного сигнала с датчика Холла /от углов поворота магнитовотносительно пластины датчика Холла где вектор нормали к магнитам обозначен ,- ЭДС Холла,- максимально возможная ЭДС Холла для данного датчика при угле поворота 90 (при настройке датчика). Датчик контроля потока содержит герметичный корпус 1, выполненный из немагнитного материала, неподвижный магниточувствительный элемент 2, выполненный в виде датчика Холла, установленный посредствам держателя 3 неподвижно на стойках или внутри немагнитного стакана 4, прикрепленного к корпусу 1. Два постоянных идентичных магнита 5 установлены параллельно друг другу с зазором и размещены внутри корпуса 1 с возможностью их совместного поворота при повороте поворотного флажка 6 под воздействием контроля потока среды 7. Магниты 5 установлены сонаправленными полюсами таким образом, что в зазоре формируется квазиоднородное магнитное поле. Магниты 5 и поворотный флажок 6 жестко закреплены на оси 8, которая находится внутри подшипника 9. Подшипник 9 установлен в перегородке 10, которая не является герметичной. Датчик Холла 2 располагается по центру зазора, образованного постоянными магнитами 5 вне контролируемого потока среды 7, который заключен в оболочку трубопровода высокого давления 11. В верхней части корпуса 1 вне контролируемого потока среды 7 установлены в плоскости, перпендикулярной потоку, две тонкие магнитомягкие пластины 12, слабо притягивающие указанную пару постоянных магнитов 5, предназначенные для самовозврата поворотного флажка 6 в исходное состояние при отсутствии потока. Магниты 5 целесообразно устанавливать так, чтобы вектор нормалик рабочей поверхности магнитов 5 составлял угол-45 с плоскостью пластины датчиков Холла 2. Таким образом, при повороте поворотного флажка 6 на угол , который может изменяться в диапазоне от нуля угловых градусов до 90, уголизменяется в диапазоне от минус 45 до плюс 45. В этом диапазоне углов поворота выходной сигнал , пропорциональный, близок к линейной зависимости от угла , что представлено на фиг. 3. В отсутствие потока контролируемой среды 7 устойчивым является положение 0, т.е.-45, а при устойчивом движении среды 790 - соответствует полному повороту поворотного флажка 6, т.е.45. В условиях слабого или пульсирующего потока уголможет принимать любое промежуточное значение в диапазоне от нуля угловых градусов до 90. При настройке датчика, если магниты повернуть на угол 90, ЭДС Холла будет максимально возможной для данного датчика, т.е. . Для наглядности на фиг. 3 приведена типичная зависимость относительного выходного сигнала с датчика Холла / от углов поворота магнитовотносительно пластины датчика Холла и угла . Датчик контроля потока работает следующим образом. В отсутствие потока контролируемой среды 7 поворотный флажок 6 соответствует устойчивому начальному положе 4 100822014.04.30 нию 0, т.е.-45, поскольку ось 8, на которой установлены магниты 5, слабо притягивается к двум тонким магнитомягким пластинам 12, которые предназначены для самовозврата поворотного флажка 6 в исходное состояние. При наличии слабого потока контролируемой среды 7 поворотный флажок 6 начинает поворачиваться на угол , который определяется по значению ЭДС Холла . При увеличении контролируемого потока флажок 6 занимает другое устойчивое положение, соответствующее полному повороту поворотного флажка 6 на угол 90 (до ограничителя, он не изображен), который также легко определяется по значению ЭДС Холлав соответствие с фиг. 3. При наличии не ламинарного, а пульсирующего потока поворотный флажок 6 находится в динамическом движении, что фиксируется датчиком Холла 2 по изменению его ЭДС . Датчик может также работать на вертикальном и наклонном участках трубопровода 11. По сравнению с прототипом предложенный датчик контроля потока обладает высокой чувствительностью при различных скоростях потока, надежностью работы и информативностью, например, в условиях пульсирующего потока. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает решение поставленной задачи по повышению точности контроля и увеличению чувствительности и надежности при малых потоках или пульсирующем давлении. Следовательно, заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля наличия потоков различных сред в условиях высокого давления. Исходя из вышеизложенного, для заявленного датчика в том виде, как он охарактеризован в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов, поэтому заявляемый датчик соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6