Магнітний датчик потоку (варіанти) та витратомір, який його включає

1. Магнітний датчик (109) для вимірювання потоку рідини, який має електроди (102) та змінне магнітне поле (107), причому електрод має нижчу енергію шумів за частот, нижчих за 5 Гц, ніж електрод, який містить вуглець або сплав стійкого до корозії металу і включає метал (401) та шар (402) солі цього металу, що займає проміжну позицію між металом та рідиною (403), причому цей шар є осадженим електрохімічним шляхом або нанесеним шляхом спікання. 2. Магнітний датчик (109) для вимірювання потоку рідини, який має електроди (102) та змінне магнітне поле (107), причому електрод має шумову характеристику за частот магнітного поля близько 1 Гц, яка є нижчою за показник електрода, який містить вуглець або сплав стійкого до корозії металу і включає метал (401) та шар (402) солі цього металу, що займає проміжну позицію між металом та рідиною, причому цей шар є осадженим електрохімічним шляхом або нанесеним шляхом спікання. 3. Магнітний датчик (109) для вимірювання потоку рідини, який має електроди (102) та змінне магнітне поле (107), причому електрод має нижчу енергію шумів за частот, нижчих за 5 Гц, ніж електрод, який містить вуглець або сплав стійкого до корозії металу і включає метал (401) та шар (402) солі цього металу, що займає проміжну позицію між металом та рідиною, причому цей шар є частково відновленим знову до металу. 4. Магнітний датчик (109) для вимірювання потоку рідини, який має електроди (102) та змінне магнітне поле (107), причому електрод має шумову характеристику за частот магнітного поля близько 1 2 (19) 1 3 86197 17. Витратомір за п. 16, який відрізняється тим, мулятора (110). що цей вимірювальний пристрій живиться від аку Цей винахід стосується магнітних датчиків потоку, зокрема, магнітних витратомірів для води. У традиційному витратомірі для води механічний датчик потоку (зазвичай турбіна витіснювального типу або одно- чи багатоструменева турбіна) є сполученим з лічильним механізмом, який вимірює кількість повторних циклів датчика. Цей механізм, як правило, є механічним одометром. Забезпечення його взаємодії з електронікою, яке вимагається для дистанційного вимірювання показників, може бути обтяжливим і дорогим, навіть коли одометр замінюється твердотільним лічильником, що має цифрові лічильники. Застосування датчика потоку, який також є твердотільним, усуває подібні проблеми, пов'язані з забезпеченням взаємодії. Такий датчик потоку є магнітним датчиком потоку, який належить до загальновідомого типу: у заявці GB1303730A описано датчик, у якому електроди включають видовжений провідний дріт з вмістом міді, оточений проникним ізолюючим матеріалом. У заявці SU800650B описано витратомір, у якому електрод є ізольованим із застосуванням захисної системи у формі гальванічної пари, яка складається з сітчастого електрода, виконаного з каталітичного матеріалу для відновлення кисню і безпосередньо з'єднаного з анодом, який оточує вимірювальний електрод і який виконано з матеріалу з незмінним потенціалом по відношенню до відновлення кисню. У US3299703 заявлено витратомір, у якому електроди є розташованими у прорізах, утворених у внутрішній стінці подавального трубопроводу, і зволожувальний агент міститься у прорізах між електродами та рідиною. У заявці JP54116960A описано витратомір, у якому на пару електродів подається позитивний потенціал для того, щоб поверхні електродів залишалися чистими. Такий датчик потоку також показано за допомогою прикладу в поперечному розрізі на фігурі 1. Витратомірна труба 101 включає магнітний вимірювальний перетворювач 109, який включає пару електродів 102, розташованих по діаметру труби 101, причому принаймні частина однієї поверхні кожного електрода 102 у тісному контакті з потоком 108 у трубі. Магнітні полюсні наконечники 103 є розташованими по ортогональному діаметру труби 101 і сполучаються магнітопроводом 104. Як відомо спеціалістам у даній галузі, магнітне поле 107 надає магнітної сили зарядженим частинкам, які рухаються з масою середовища (іонам у разі води), змушуючи заряджені частинки мігрувати у напрямку, ортогональному як магнітному полю, так і напрямкові руху рідини. Взаємне переміщення протилежно заряджених частинок в результаті створює електричне поле уздовж напрямку міграції, яке утворюється доти, доки електростатична сила на даному іоні не врівноважиться магнітною силою. Оскільки магнітна сила чітко залежить від швидкості потоку середовища, вимірювання про 4 тидіючого електричного поля (або різниці потенціалів) забезпечує зручний засіб визначення швидкості потоку, а об'єднання даних за весь час дозволяє розрахувати загальний об'єм, який пройшов через трубу. Схема для обробки сигналів електродів з метою отримання таких даних вимірювань є загальновідомою серед спеціалістів у даній галузі, а отже, детальніше авторами не описується. Як відомо, вигідним може бути чергування діючого магнітного поля для подолання різних обмежень вимірювання статичного поля. Одне таке обмеження є зумовленим характером електродів, які застосовують для вимірювання електричної різниці потенціалів у рідині. Ідеальний електрод має забезпечувати ідеальне електричне з'єднання з рідиною, без енергетичного бар'єра для обміну зарядами у будь-якому напрямку на межі між твердою речовиною та рідиною. Це рідко можна спостерігати у практичних системах, і частіше на межі трапляється електрична різниця потенціалів. Різницю потенціалів часто буває важко визначити, і вона неконтрольовано змінюється у часі, демонструючи спектр шумів, який є обернено пропорційним частоті ('1/f). Вимірювання статичного поля (DC), таким чином, може бути з великими поточними похибками. Чергування діючого магнітного поля з відомою частотою f 0 дозволяє частково подолати цю проблему: як показано на фігурі 2, це в результаті забезпечує потрібний електричний сигнал 201, також наявний з частотою f 0, яку вибирають таким чином, щоб вона була значно вищою, ніж характерна частота спектру шумів електрода 202. Величина амплітуди електричного сигналу вказує на швидкість потоку, і це значення є практично вільним від похибок. Ще одна причина застосування змінного магнітного поля полягає в тому, що електричний імпеданс малих сигналів типових електродів, який визначають за допомогою приєднаної до них вимірювальної схеми, також знижується зі збільшенням частоти. Вимірювальна схема, таким чином, може споживати більше струму від джерела сигналу без викликання суттєвих похибок. Основною перевагою є можливість застосування більш простої й більш дешевої конструкції вимірювальної схеми. Для розуміння залежної від частоти роботи електродів слід розглянути просту електричну модель з фігури 3, яку часто застосовують на межі твердої речовини та рідини 301, і яка складається з резистора 302, паралельного з конденсатором 303. Про прямий обмін зарядженими частинками між твердою речовиною 304 та рідиною 305 свідчить потік струму через резистор 302, тоді як конденсатор 303 відображає схильність заряджених частинок до накопичення поблизу від межі, без її фактичного перетину. За частот, які суттєво пере 5 86197 6 Крім того, електрод згідно з винаходом є сковищують 1Гц, конденсатор 303, як правило, забезнфігурованим таким чином, що гальванічний струм печує більш легкий шлях для потоку струму малопереноситься іонами. Іонам срібла віддають особго сигналу через межу твердої речовини та рідини. ливу перевагу, оскільки суцільне срібло є стійким у У пристрої на фігурі 1 змінного магнітного поля воді протягом тривалого періоду часу і не зазнає досягають за допомогою обмоток 105, які є намозначної корозії. Крім того, воно є нетоксичним і є таними навколо частини магнітопроводу 104 і на дозволеною харчовою добавкою (E 174). Срібло які подають змінний струм з відповідними колитакож є близьким до міді в електрохімічному ряду, ваннями. Крім того, для зменшення споживання що знижує ризик небажаної електролітичної корозії енергії передбачено магнітопровід 104 з одним у водопровідних трубах. Воно також має біоцидну або кількома елементами 106, які мають залишкодію, сприяючи запобіганню застійності та утворенвий магнетизм, таким чином, що на обмотки варто ню проблемних біоплівок на електродах та навколише подати напругу, коли вимагається зміна стало них. ну магнітного поля. Крім того, розташування металу та солі цього Метою даного винаходу є подальше зниження металу у проміжку між металом та рідиною потоку споживання енергії магнітними датчиками потоку. сприяє обмінові зарядів між провідником та рідиВідповідно, винахід стосується магнітного датною, що становить основу гальванічного струму. чика потоку, який має електроди та змінне магнітСіль іонної сполуки в оптимальному варіанті є мане поле, причому електрод має нижчу енергію шулорозчинною в рідині, потік якої піддають вимірюмів за частот, нижчих за 5Гц, ніж електрод, який ванню, і, таким чином, утримується на електроді. містить вуглець або сплав стійкого до корозії меЯкщо металом є срібло, то іонна сполука може талу і включає метал та шар солі цього металу, що бути галоїдною сіллю срібла. Крім того, якщо рідизаймає проміжну позицію між металом та рідиною, ною є вода, такі галоїдні солі срібла в оптимальпричому цей шар є осадженим електрохімічним ному варіанті утворюються іонами, які найчастіше шляхом або нанесеним шляхом спікання. є присутніми у водопровідній воді (хлорид, фтоВ основі винаходу лежить визнання того факрид). Галоїди срібла утворюють стійкі електрохіміту, що при застосуванні електрода, який має нижчу чні нормальні електроди у контакті з металом. енергію шумів за низьких частот, ніж у електродів, Згідно з винаходом шар солі металу осаджуякі традиційно застосовуються у витратомірах для ють електрохімічним шляхом на поверхню металу, води, частота змінного магнітного поля може бути наприклад, шляхом анодування, або включає спезменшена для такого самого співвідношення сигчений шар солі металу на поверхні металу. Товналу та шуму, що, у свою чергу, знижує споживанщина шару впливає на імпеданс електрода: якщо ня енергії датчиком. він є надто товстим, він надає надлишкового поНатомість електроди відомих магнітних датчислідовного імпедансу всій електричній схемі, а ків потоку вибирають за їхньою стійкістю до короякщо він є надто тонким, то концентрація стає незії, тобто такі, які є виконаними зі сплавів стійких достатньою для підтримання потрібних електрохідо корозії металів, таких як нержавіюча сталь або мічних реакцій. Товщину шару, таким чином, в опHastelloy. У таких відомих датчиках електрохімічтимальному варіанті вибирають, наприклад, ний потенціал на межі фаз важко піддається виемпірично, між цими двома крайніми значеннями, значенню, допускаючи великі коливання протягом щоб імпеданс електрода був мінімальним. тривалішого періоду часу, приблизно у кілька сеПодальшого поліпшення шумових та електрикунд. Однак, оскільки відомі датчики працюють при чних характеристик досягають завдяки електродомагнітному полі з частотою, значно більшою, ніж ві, який має металеву поверхню, яку роблять ше1Гц, це не викликало проблем. Таким чином, інршавою для збільшення її активної площі. Цього шими словами, винахід також стосується магнітнолегко досягають шляхом відновлення певної кільго датчика потоку, який має електроди та змінне кості солі металу знову до металу, що зазвичай в магнітне поле, у якому електрод має шумову харарезультаті забезпечує рекристалізацію металу, ктеристику за частот магнітного поля близько 1Гц, який є нерівномірним і грубим. Відповідно, другий яка є нижчою за показник електрода, який включає аспект винаходу стосується магнітного вимірювасплав стійкого до корозії металу і включає метал льного перетворювача для вимірювання потоку та шар солі цього металу, що займає проміжну рідини, датчика, який має електроди та змінне позицію між металом та рідиною, причому цей шар магнітне поле, причому електрод має нижчу енерє осадженим електрохімічним шляхом або нанегію шумів за частот, нижчих за 5Гц, ніж електрод, сеним шляхом спікання. який містить вуглець або сплав стійкого до корозії Електрод згідно з винаходом є сконфігуроваметалу і включає метал та шар солі цього металу, ним таким чином, що гальванічний струм протікає що займає проміжну позицію між металом та рідичерез межу з рідиною потоку. Гальванічний струм ною, причому шар є частково відновленим знову виникає через рух або обмін заряджених частинок до металу. Іншими словами, другий аспект виначерез межу твердої речовини та рідини. Він відрізходу стосується магнітного вимірювального переняється від струму зміщення, який протікає між творювача для вимірювання потоку металу, датрідиною та електродами датчика у відомих магнітчика, який має електроди та змінне магнітне поле, них витратомірах, і який протікає в результаті пропричому електрод має шумову характеристику за тидії листів, які мають заряд, який зростає або частот магнітного поля близько 1Гц, яка є нижчою розсіюється з кожного боку межі, фактично не пеза показник електрода, що містить вуглець або ретинаючи міжфазну межу. Конфігурація гальванісплав стійкого до корозії металу і включає метал чного струму суттєво поліпшує електричний імпета шар солі цього металу, що займає проміжну данс та шумові характеристики електрода. 7 86197 8 іонів Cl у рідині. Хоча ці кількості не є сталими, позицію між металом та рідиною, причому шар є вони зазвичай змінюються у масштабі часу, значно частково відновленим знову до металу. більшому, ніж період змінного магнітного поля. В оптимальному варіанті пару електродів магЗгідно з винаходом масштаб часу таких змін є знанітного датчика потоку врівноважують таким чично довшим, ніж для поверхні електрода, яка не ном, щоб мінімізувати потенціал зміщення між нимає механізму контрольованого іонного обміну. ми. Кожен електрод діє як окремий Відповідно, робота за низької частоти полегшуєтьелектрохімічний нормальний електрод, з відповідся, оскільки знижується енергія шумів. Фігура 11 ною різницею потенціалів відносно рідини. Якщо показує (крива C) коливання шумів N з частотою f електроди не є ідентичними, то виникає різниця для електродів, які включають хлорид срібла, поміж двома потенціалами нормальних електродів рівняно з традиційними сталевими або вуглецевиміж кінцями електродів, а це може створити проми електродами (криві А та В). Базову лінію покаблеми з наступною схемою посилення (наприклад, зано як D. насичення). Шар іонної сполуки 402 може бути утворений Пов'язані з малою потужністю переваги зазнашляхом спонтанної реакції поверхні металу з маченого винаходу також збільшуються завдяки зметеріалом, який зазвичай є присутнім у рідині. Наншенню споживання енергії, якого досягають тоді, приклад, срібні електроди можуть реагувати з агеколи магнітне поле утворюють за допомогою засонтами для обробки (або залишками) у системі бів, які мають залишковий магнетизм, як обговопостачання хлорованої води, зрештою утворюючи рювалося вище. Винахід також охоплює витратохлорид срібла. мір, який включає такий магнітний вимірювальний Фігура 6 показує пристрій для здійснення споперетворювач, у якому низьке споживання енергії собу збільшення кількості іонної сполуки в ситуацідатчиком також робить можливим використання ях, коли спонтанні реакції є недостатніми. Третій потужності акумулятора (показано під номером електрод 604 передбачено для забезпечення кон110 на фігурі 1) та користування перевагами легтакту з рідиною 603, додатково до вимірювальних кості встановлення, яке воно забезпечує. електродів 601 та 602. Електрод 604 має бути виВинахід схематично пояснюється на прикладі конаний з того самого матеріалу, що й 601 та 602 за допомогою супровідних фігур, серед яких: (наприклад, прийнятними є графіт або сталь). З Фігура 1 є поперечним розрізом витратомірної інтервалами, які визначаються електронними схетруби, оснащеної магнітним датчиком потоку; мами керування 605, застосовують значний потеФігура 2 показує амплітудні/частотні характенціал між електродом 604 та вимірювальними ристики сигналу від електродів; електродами 601 та 602. Для вищеописаної сисФігура 3 є простою електричною моделлю метеми з хлоридом срібла обидва вимірювальні ележі твердої речовини та рідини; ктроди 601 та 602 утримуються з позитивним поФігура 4 показує електрод згідно з першим ватенціалом відносно електрода 604, достатнім для ріантом втілення винаходу; отримання кількості срібла на електродах 601 та Фігура 5 показує повністю оборотний гальвані602 для реакції з негативно зарядженими іонними чний обмін зарядами між рідиною та металом; частинками поблизу від них. Іонним матеріалом в Фігура 6 показує можливий порядок утворення оптимальному варіанті є хлорид, і потенціал, який електродів згідно з винаходом; застосовують між електродами, вибирають таким Фігура 7 показує електрод, виконаний згідно з чином, щоб сприяти такій реакції. фігурою 6; Інтервал та тривалість вищезазначеної обробФігура 8 показує другий варіант виконання ки визначають багатьма способами. У найпростіелектрода згідно з винаходом; шому варіанті інтервали, з якими її застосовують, Фігура 9 показує третій варіант виконання елезадають з незмінним значенням перед установктрода згідно з винаходом; ленням. В альтернативному варіанті інтервали Фігура 10 показує четвертий варіант виконанрозраховують згідно з властивостями електричноня електрода згідно з винаходом; го сигналу, виявленого вимірювальним пристроєм Фігура 11 є графіком густини шумів залежно 606. Наприклад, збільшення випадкової зміни сигвід частоти для різних матеріалів електродів. налу від електродів (тобто збільшення шуму) свідФігура 4 показує електрод згідно з першим вачить про зростання імпедансу електрода, найвіроріантом втілення винаходу, який включає металегідніше - через зменшення кількості іонної сполуки. вий елемент 401 (наприклад, дріт, пластину або Його застосовують для запущення циклу обробки з плівку, що повністю вкриває провідник), вкритий метою відновлення покриття. В альтернативному іонною сполукою 402 того самого металу, яка є варіанті стан покриття електрода визначають, замалорозчинною в рідині потоку, який піддають стосовуючи вимірювання активного імпедансу, що вимірюванню 403. забезпечується елементом 406. У показаному прикладі метал 401 є сріблом з Фігура 7 показує виконаний із застосуванням супровідною сполукою 402, якою є хлорид срібла. вищезгаданого способу електрод, який включає Фігура 5 показує повністю оборотний гальванічний плоску ділянку зі срібла 701, вкриту електрохімічобмін зарядами між рідиною 403 та металом 401 ним шляхом тонкою плівкою хлориду срібла 702. за допомогою іонів срібла, які перетинають міжфаПеребуваючи у прямому контакті з протікаючою зну межу між електродом із суцільного срібла 401 рідиною 703, в оптимальному варіанті - врівень зі та шаром з гідрохлориду срібла 402. Електричний стінкою витратомірної труби для зменшення турпотенціал на межі фаз визначають за допомогою булентності та відповідного вимірювання шуму та рівняння Нернста, що, у свою чергу, залежить від невизначеності, його поверхня з часом стирається поверхневої концентрації AgCl та концентрації 9 86197 10 макрочастинками, що містяться у рідині, таким (наприклад, шляхом з'єднання кінців електродів за чином, сприяючи збереженню активної поверхні допомогою індуктора). електрода. Важливо також врівноважити електроди для Збільшення площі поверхні, разом з більш забезпечення мінімального електричного потенцістійким запасом хлориду срібла, досягають шляалу зміщення між ними. Кожен електрод діє як хом застосування хлориду срібла, нанесеного окремий електрохімічний нормальний електрод, з шляхом спікання на металевий електрод, як покавідповідною різницею потенціалів відносно рідини. зано під номерами 801 та 802, відповідно, на фігуЯкщо електроди не є ідентичними, то різниця між рі 8. Як можна побачити, електрод 802 є монолітдвома потенціалами нормальних електродів існуним, тобто є суцільним шматком дроту або ватиме між кінцями електродів, а це може виклипластиною. Однак можливою є також спечена кати проблеми з наступною схемою посилення конструкція. Металічне срібло у формі гранул та(наприклад, насичення). кож може бути включене до спеченого шару хлоДля цього електроди обробляють, доки вони риду срібла 801, причому частку гранул срібла не досягають спільного потенціалу електрохімічновибирають таким чином, щоб значна їх кількість го нормального електрода. Така обробка може входила в електричний контакт між собою. Таку включати один або кілька процесів, до яких налесуміш гранул срібла та хлориду срібла утворюють жать анодизація, катодизація, піддавання дії хімічна третьому монолітному металевому елементі, ного агента або світла, як описано в інших частитакому, як срібний стержень або пластина. нах цього документа, причому потенціал Фігура 9 показує ще один, більш надійний ванормального електрода вимірюють відносно фікріант виконання електрода згідно з даним винахосованого стандартного нормального електрода дом, який також є більш стійким у часі і менш або відносно другого електрода, який у цей час не сприйнятливим до спрацювання та впливу забрупіддають обробці. В альтернативному варіанті днювачів або потоку. Монолітну срібну пластину обробка може включати з'єднання кінців двох або 901 розташовують за захисним пористим елеменкількох подібних електродів на період часу, протятом, таким як фрита 902, з проміжним запасом 903 гом якого електроди є зануреними в один провідхлориду срібла, який може являти собою гранули ний електроліт. Таку обробку електродів застосохлориду срібла та/або срібла, порошок або спечевують протягом терміну функціонування готового ний матеріал. інструмента, за допомогою головних електронних Фігура 10 представляє композит з фігур 7 та 8 засобів, а також під час первісного виготовлення. зі спеченими гранулами хлориду срібла 1001, поШумові та електричні характеристики електміщеними у центральний проріз 1002 в елементі з рода поліпшують шляхом збільшення площі його суцільного срібла 1003. Спечена ділянка забезпеактивної поверхні, а отже, зменшення імпедансу чує найстійкіший електрод за сприятливих умов, на межі фаз. Цього досягають за допомогою відотоді як відкрите срібло (показане з шаром хлориду мих механічних та електрохімічних способів насрібла під номером 1004) є кращим для подолання дання шершавості. Крім того, через обернення несприятливих умов, які створює, наприклад, брунапрямку струму у вищеописаному процесі анодидна вода, коли пористі елементи з більшою ймовізації AgCl може бути перетворений знову на метарністю можуть бути закупорені. лічний Ag, причому відновлення металу відбуваСлід зважити, що шар хлориду срібла, утвореється у формі дендритів металічного Ag серед ний на металі, є надто товстим, він надає надмірAgCl, які виростають з поверхні металу. Цей проного послідовного імпедансу всій електричній схецес також забезпечує збільшення площі активної мі. Якщо він є надто тонким, то концентрація є поверхні срібного електрода й може бути застосонедостатньою для підтримання потрібних електваний як для монолітних, так і для спечених консрохімічних реакцій. Оптимальну кількість хлориду трукцій, у яких він може бути застосований для визначають шляхом спостереження за електричвирощування дендритів металічного срібла серед ним імпедансом електрода у стійкому електроліті, гранули. або під час виготовлення електрода, або під час Етап збільшення площі поверхні може чергуйого наступної експлуатації. Слід застосовувати ватися з етапом утворення хлориду срібла, як катодну або анодну обробку, доки імпеданс не описано вище. Він також може здійснюватися з досягне найнижчої можливої точки. застосуванням інших відомих засобів відновлення, На практиці вимірюваним компонентом імпенаприклад, нагрівання в атмосфері водню або дансу може бути ємкісний опір, опір або поєднання піддавання дії світла. цих двох компонентів. Його вимірюють між кінцем Слід розуміти, що винахід було описано лише електрода та кінцем другого електрода, який є для прикладу, й існує можливість багатьох модизануреним у той самий електроліт і може бути ще фікацій без відхилення від обсягу винаходу. Зокодним електродом витратоміра. В альтернативнорема, винахід не обмежується сріблом або його му варіанті два електроди утримують при однакоіонною сполукою або сіллю, хлоридом срібла. Зовому середньому електричному потенціалі під час лото та платина також можуть забезпечувати добобробки таким чином, щоб можна було подати рі результати. Так само, винахід також може зазмінну напругу з малим диференціалом з метою стосовуватися до рідин, відмінних від води. вимірювання імпедансу малого сигналу між ними 11 86197 12 13 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 86197 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601