преобразователь скорости с зоной формирования сигнала вне пограничного слоя

Формула изобретения

1. Преобразователь скорости потока электропроводящей жидкости, содержащий пару электродов, основной постоянный магнит, дополнительный постоянный магнит, отличающийся тем, что дополнительно содержит два основных постоянных магнита и содержит три дополнительных постоянных магнита, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты имеют призматическую форму и расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты имеют форму пластин, первый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита, обращенной ко второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита, второй дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к первому основному постоянному магниту, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, третий дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к третьему основному постоянному магниту, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, четвертый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита, обращенной ко второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита, первый электрод пары электродов расположен в зазоре между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами, второй электрод пары электродов расположен в зазоре между третьим и четвертым дополнительными постоянными магнитами, поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения за пределами пограничного слоя вблизи поверхности преобразователя находятся в одной плоскости.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B отношение толщины дополнительных постоянных магнитов к толщине основных постоянных магнитов лежит в диапазоне от 0,3 до 0,5 и отношение ширины зазора между дополнительными постоянными магнитами к толщине основных постоянных магнитов лежит в диапазоне до 0,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды.

Известен измеритель скорости Смита-Слепяна [1, стр.138, рис.47], содержащий электромагнит, образованный сердечником с обмоткой, расположенными у твердой поверхности, например у борта корабля, и два электрода. Электромагнит создает в жидкости, движущейся вдоль твердой поверхности, магнитное поле, что приводит к возникновению в ней э.д.с., которую измеряют как напряжение между электродами. Недостатком известного измерителя является то, что измерение производится в пограничном слое (слое, близком к твердой поверхности), в котором поток является возмущенным.

Известно также устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводящей жидкости [2], которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и выбранному в качестве прототипа. Устройство содержит основной постоянный магнит, выполненный в виде тела вращения с зазором, покрытый диэлектриком, электроды, расположенные на поверхности диэлектрика и вдоль поперечного зазора и подключенные к измерительной схеме, дополнительный постоянный магнит, выполненный в виде тела вращения и помещенный в нерабочую зону основного постоянного магнита. В устройстве-прототипе расположение основного и дополнительного магнитов позволяет усилить индукцию магнитного поля за пределами возмущенного пограничного слоя, однако при этом также усиливается индукция магнитного поля и в пределах пограничного слоя, что не позволяет в достаточной мере исключить влияние пограничного слоя на точность результатов измерений.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего производить измерение скорости потока электропроводящей жидкости с выносом зоны измерения за пределы пограничного слоя вблизи преобразователя.

Сущность изобретения заключается в том, преобразователь скорости потока электропроводящей жидкости, содержащий пару электродов, основной постоянный магнит, дополнительный постоянный магнит, отличается тем, что дополнительно содержит два основных постоянных магнита и содержит три дополнительных постоянных магнита, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты имеют призматическую форму и расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты имеют форму пластин, первый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита, обращенной к второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита, второй дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к первому основному постоянному магниту, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, третий дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита, обращенной к третьему основному постоянному магниту, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита, четвертый дополнительный постоянный магнит прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита, обращенной к второму основному постоянному магниту, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита, первый электрод пары электродов расположен в зазоре между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами, второй электрод пары электродов расположен в зазоре между третьим и четвертым дополнительными постоянными магнитами, поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения за пределами пограничного слоя вблизи поверхности преобразователя, находятся в одной плоскости.

Преобразователь может дополнительно содержать четвертый, пятый, шестой основные постоянные магниты, пятый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные постоянные магниты, вторую пару электродов.

При использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B отношение толщины дополнительных магнитов к толщине основных постоянных магнитов преимущественно лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между дополнительными постоянными магнитами к толщине основных постоянных магнитов преимущественно лежит в диапазоне до 0.5.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены

фиг.1 - чертеж устройства;

фиг.2 - разрез А-А;

фиг.3 - схематичное изображение распределения магнитного поля;

На чертежах обозначено:

1 - первый основной постоянный магнит;

2 - второй основной постоянный магнит;

3 - третий основной постоянный магнит;

4 - первый дополнительный постоянный магнит;

5 - второй дополнительный постоянный магнит;

6 - третий дополнительный постоянный магнит;

7 - четвертый дополнительный постоянный магнит;

8 - первая пара электродов;

9 - вторая пара электродов;

10 - силовые линии магнитного поля основных постоянных магнитов;

11 - силовые линии магнитного поля дополнительных постоянных магнитов;

12 - четвертый основной постоянный магнит;

13 - пятый основной постоянный магнит;

14 - шестой основной постоянный магнит;

15 - пятый дополнительный постоянный магнит;

16 - шестой дополнительный постоянный магнит;

17 - седьмой дополнительный постоянный магнит;

18 - восьмой дополнительный постоянный магнит.

Устройство для измерения скорости потока электропроводящей жидкости содержит пару 8 электродов, первый основной постоянный магнит 1 и первый дополнительный постоянный магнит 4. Устройство также содержит второй и третий основные постоянные магниты 2 и 3, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты 5, 6, 7, при этом первый, второй, третий основные постоянные магниты 1, 2, 3 имеют призматическую форму. Преимущественно основные постоянные магниты имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Магниты расположены таким образом, что поверхности первого и второго основных постоянных магнитов 1 и 2, обращенные друг к другу, параллельны между собой и параллельны обращенным друг к другу поверхностям второго и третьего основных постоянных магнитов 2 и 3, ориентация полюсов второго основного постоянного магнита 2 противоположна ориентации полюсов первого и третьего основных постоянных магнитов 1 и 3, первый, второй, третий, четвертый дополнительные постоянные магниты 4, 5, 6, 7 имеют форму пластин.

Первый дополнительный постоянный магнит 4 прикреплен к поверхности первого основного постоянного магнита 1, обращенной к второму основному постоянному магниту 2, ориентация полюсов первого дополнительного постоянного магнита 4 противоположна ориентации полюсов первого основного постоянного магнита 1. Второй дополнительный постоянный магнит 5 прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита 2, обращенной к первому основному постоянному магниту 1, ориентация полюсов второго дополнительного постоянного магнита 5 противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита 2. Третий дополнительный постоянный магнит 6 прикреплен к поверхности второго основного постоянного магнита 2, обращенной к третьему основному постоянному магниту 3, ориентация полюсов третьего дополнительного постоянного магнита 6 противоположна ориентации полюсов второго основного постоянного магнита 2.

Четвертый дополнительный постоянный магнит 7 прикреплен к поверхности третьего основного постоянного магнита 3, обращенной к второму основному постоянному магниту 2, ориентация полюсов четвертого дополнительного постоянного магнита 7 противоположна ориентации полюсов третьего основного постоянного магнита 3. Дополнительные и основные постоянные магниты скреплены между собой, например, путем склеивания.

Первый электрод первой пары 8 электродов расположен в пространстве между первым и вторым дополнительными постоянными магнитами 4 и 5.

Второй электрод первой пары 8 электродов расположен в пространстве между третьим и четвертым основными постоянными магнитами 6 и 7. Поверхности всех магнитов, обращенные к зоне измерения, находятся в одной плоскости.

Устройство также может содержать четвертый, пятый, шестой основные постоянные магниты 12, 13 и 14, пятый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные постоянные магниты 15, 16, 17 и 18, вторую пару 9 электродов, расположение которых друг относительно друга аналогично расположению первого, второго и третьего основных постоянных магнитов 1, 2 и 3, первого, второго, третьего и четвертого дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6 и 7, первой пары 8 электродов.

Отношение толщины дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17, 18 к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 преимущественно лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между магнитами к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 преимущественно лежит в диапазоне от 0 до 0.5. Нулевое значение нижней границы указанного диапазона означает, что дополнительные постоянные магниты могут быть практически прижаты друг к другу.

Поверхность устройства покрыта слоем диэлектрического материала, в котором имеются отверстия для электродов. Поверхность электродов, соприкасающаяся с исследуемой жидкостью, покрыта губчатой платиной.

Основные постоянные магниты 1, 2, 3 создают магнитное поле в пространстве перед устройством. Дополнительные постоянные магниты 4, 5, 6, 7 создают в этом пространстве магнитное поле противоположной направленности. При этом благодаря меньшим размерам дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, выполненных в виде тонких пластин, их магнитное поле по мере удаления от поверхности устройства ослабевает значительно быстрее, чем магнитное поле основных постоянных магнитов 1,2, 3. Это приводит к тому, что вблизи поверхности устройства магнитное поле представляет собой результат сложения противоположных магнитных полей основных постоянных магнитов 1, 2, 3 и дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, а на удалении от поверхности устройства - только магнитное поле основных постоянных магнитов 1, 2, 3, так как там магнитное поле дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7 пренебрежимо мало (см. фиг.3).

Параметры основных постоянных магнитов 1, 2, 3, 12, 13, 14 и дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17, 18 выбираются таким образом, чтобы на расстояниях, приблизительно равных толщине пограничного возмущенного слоя жидкости, индукция результирующего магнитного поля была близка к нулю. При использовании магнитов из магнитотвердого материала Nd-Fe-B данный результат достигается, если отношение толщины основных постоянных магнитов 1, 2, 3 к толщине дополнительных постоянных магнитов 4, 5, 6, 7 лежит в диапазоне от 0.3 до 0.5 и отношение ширины зазора между магнитами к толщине основных постоянных магнитов 1, 2, 3 лежит в диапазоне от 0 до 0.5.

Пара 8 электродов подключена к дифференциальному входу измерительного усилителя, выход которого подключен к индикатору напряжения или аналого-цифровому преобразователю.

Вторая пара электродов 9 может использоваться для повышения точности измерения путем обработки результатов измерений, полученных с использованием разных пар электродов.

Устройство работает следующим образом. Поток электропроводящей жидкости, например морской воды, движется вдоль поверхности устройства. Под действием магнитного поля в движущейся электропроводящей жидкости возникает электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости движения жидкости и напряженности магнитного поля. На электродах, размещенных на поверхности устройства, индуцируются электрические потенциалы, пропорциональные скорости движения жидкости. Разность потенциалов между электродами пары электродов 8 определяется разностями потенциалов между точками, лежащими на нормалях к поверхности устройства и проходящих через точку соприкосновения электродов с жидкостью, причем только тех точек, в которых индукция магнитного поля не равна нулю. Так как вблизи поверхности устройства значение индукции магнитного поля близко к нулю, то в этой области пространства не образуется разности потенциалов и значения скорости возмущенного потока жидкости в данной области (пограничном слое) не влияют на результат измерений. Напряжение между электродами пары 8 электродов поступает на дифференциальный вход измерительного усилителя, в котором сигнал усиливается и далее измеренное значение отображается на индикаторе напряжения или сигнал преобразуется в цифровую форму и передается в вычислительное устройство для дальнейшей обработки.

Таким образом, устройство обеспечивает измерение скорости потока электропроводящей жидкости вне пограничного слоя вблизи поверхности устройства, что снижает уровень помех и повышает точность измерения.

Представленные чертежи и описание позволяет изготовить устройство по известным технологиям с применением известных материалов и использовать его для проведения измерений скорости потока жидкости, что характеризует изобретение как промышленно применимое.