Патент на изобретение №2273000

(54) УСТРОЙСТВО С МАГНИТНЫМ КОНТУРОМ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА ИЛИ ВОЗБУДИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ

(57) Реферат:

Изобретения относятся к области измерительной техники. Устройство содержит катушку и два якоря, прикрепленных к двум расходомерным трубкам преобразователя, служащего для измерения параметров текучей среды. Катушка прикреплена к держателю, содержащему опорную пластину, которая установлена в плавающем состоянии на расходомерных трубках с помощью двух упругих ножек. Якоря имеют такую форму (например, чашеобразную) и так выровнены относительно друг друга, что магнитные поля, генерируемые устройством, сконцентрированы внутри этого устройства. В варианте выполнения устройство содержит вторую катушку. Преобразователь может представлять собой датчик Кориолиса для измерения массового расхода. Изобретения обеспечивают высокую точность измерения за счет нечувствительности к внешним магнитным полям, выдерживают большой срок службы при эксплуатации в средах с высокой температурой. 9 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Это изобретение относится к устройству с магнитным контуром, предназначенному для использования в измерительном преобразователе, в частности в датчике Кориолиса для измерения массового расхода.

Для определения массового расхода текучей среды, в частности жидкости, протекающей по трубе, часто используют массовые расходомеры Кориолиса, которые, как хорошо известно, возбуждают силы Кориолиса в текучей среде, и вследствие них получают сигнал измерения, отображающий массовый расход, посредством измерительного преобразователя колебаний и соединенного с ним электронного блока регулирования и оценки.

Такие массовые расходомеры Кориолиса известны и уже давно эксплуатируются в промышленности. Например, в патентах США №№4756198, 4801897, 5048350, 5301557, 5349872, 5394758, 5796011 и 6138517, а также в документе ЕР-А 803713 описаны массовые расходомеры Кориолиса, включающие в себя измерительный преобразователь, который содержит:

конструкции сдвоенных расходомерных трубок, сообщающуюся с трубой и содержащую

первую расходомерную трубку, которая совершает колебания при эксплуатации, и

вторую расходомерную трубку, которая совершает колебания при эксплуатации,

при этом первая и вторая расходомерные трубки совершают колебания в противофазе,

возбудитель колебаний для механического возбуждения расходомерных трубок и

датчики колебаний для обнаружения колебаний расходомерных трубок на впускной стороне и выпускной стороне и для генерирования, по меньшей мере, одного электрического сигнала датчика, подверженного влиянию массового расхода,

при этом возбудитель колебаний и/или датчики колебаний имеют, по меньшей мере, одно устройство с магнитным контуром для преобразования электрической энергии в механическую энергию и/или наоборот, содержащее

по меньшей мере, одну катушку, которую, по меньшей мере, временно пересекает ток и, по меньшей мере, временно пронизывает магнитное поле,

первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя,

второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя, и

держатель для катушки.

Как хорошо известно в данной области техники, если в изогнутых или прямолинейных расходомерных трубках таких измерительных преобразований осуществляют возбуждение изгибных колебаний на так называемой полезной моде в соответствии с формой первой моды собственных колебаний, то это вызывает возникновение сил Кориолиса в текучей среде, проходящей через эти трубки. В свою очередь, силы Кориолиса приводят к генерированию копланарных изгибных колебаний, накладываемых на возбужденные изгибные колебания полезной моды на так называемой моде Кориолиса, так что колебания, обнаруживаемые датчиками колебаний на впускном и выпускном концах, обладают измеряемой разностью фаз, которая также зависит от массового расхода.

При эксплуатации возбуждение расходомерных трубок измерительного преобразователя обычно производят на мгновенной резонансной частоте первой моды собственных колебаний, в частности, с амплитудой колебаний, которую поддерживают постоянной. Поскольку эта резонансная частота также зависит, в частности, от мгновенной плотности текучей среды, промышленно поставляемые массовые расходомеры Кориолиса также можно использовать для измерения плотности движущихся текучих сред.

В устройствах с магнитным контуром, предложенных в патенте США №5048350, и якорь, и связанная с ним катушка прикреплены непосредственно к конструкции сдвоенных расходомерных трубок, так что при эксплуатации эти якорь и катушка, следуя движениям связанных с ними расходомерных трубок, практически постоянно испытывают ускорение. Результирующие внутренние силы, которые воздействуют, в частности, на катушку, могут иметь значения в диапазонах, значительно превышающих 10G (=вес). Даже если силы инерции доходят до 30G, то и в этом нет ничего необычного. Ввиду этих высоких механических напряжений катушки в таких устройствах с магнитными контурами и, в частности, их обмотки должны выдерживать высокую нагрузку, чтобы гарантировать длительный срок службы возбудителей колебаний, в частности, в течение большого количества циклов колебаний, с неизменной точностью при эксплуатации.

В устройствах с магнитными контурами, предложенных, например, в патентах США №№4756198, 5349872 или 6138517, такого механического напряжения на катушках избегают, заключая каждую из катушек в конструкцию держателя, которая находится в покое относительно колеблющихся расходомерных трубок, например, устанавливая на опорную пластину, в корпус измерительного прибора или в опорную раму, упруго скрепляемую непосредственно с расходомерными трубками, на почти постоянном расстоянии от оси центра тяжести, в данном случае – вертикальной оси, устройства со сдвоенными расходомерными трубками.

Однако оказывается, что, хотя вышеупомянутые механические напряжения можно полностью исключить вышеупомянутым образом, точность такого устройства с магнитным контуром может испытывать значительное негативное влияние сдвигов, в частности, обуславливаемых температурой, между конструкцией держателя и конструкцией сдвоенных расходомерных трубок, которые происходят, например, в приложениях для текучих сред с температурами, изменяющимися в широких пределах. Ввиду получаемого разного расширения конструкции держателя и конфигурации сдвоенных расходомерных трубок, которые лишь в ограниченной степени нейтрализуют друг друга, положения покоя якоря и катушки изменяются друг относительно друга.

Хотя в устройстве с магнитным контуром, соответствующим патенту США №6138517, очень большая разность температур, а значит – и очень большая разность расширений, может возникнуть между конструкцией держателя и конструкцией сдвоенных расходомерных трубок, в устройствах с магнитными контурами, описанных в Патенте США №5349872, магнитные поля которых, в частности – в областях якорей, весьма однородны, даже небольшие возмущения могут привести к значительной неточности. В результате, например, если устройство используется в качестве датчика колебаний, сигналы этого датчика могут иметь очень плохое отношение сигнал-шум и/или проявлять очень сильное искажение гармоник. Кроме того, магнитное поле устройства с магнитным контуром, предложенного в патенте США №5349872, может воздействовать на очень большую область, т.е. может также пронизывать соседние компоненты измерительного преобразователя и, в частности, другие такие устройства с магнитными контурами и/или расходомерные трубки с протекающей по ним текучей средой, внося таким образом, например, напряжения помехи. Другие недостатки такого устройства с магнитным контуром подробно рассмотрены, например, в патенте США №6138517.

Чтобы гарантировать высокую точность при эксплуатации, несмотря на эти обусловленные температурой помехообразующие воздействия на вышеупомянутые устройства с магнитными контурами, в таких массовых расходомерах необходимы технические решения, высокую степень сложности которых приходится делать еще более высокой при компенсации помех, зависимых от температуры.

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы разработать устройство с магнитным контуром, в частности устройство для использования в измерительном преобразователе колебаний для измерения параметров текучей среды, которое выдерживает большой срок службы и, в частности, большое количество циклов колебаний, и которое, в частности, если измерительный преобразователь используют для измерения параметров текучих сред с высокими и/или изменяющимися температурами, постоянно имеет высокую точность при эксплуатации. Кроме того, устройство с магнитным контуром в соответствии с изобретением должно быть нечувствительным к внешним магнитным полям.

Для решения этой задачи в изобретении предложено устройство с магнитным контуром для преобразования электрической энергии в механическую энергию и/или наоборот, которое содержит:

по меньшей мере, первую катушку, пересекаемую током при эксплуатации,

первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя,

второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя, и

держатель для первой катушки, прикрепленный к первой и второй расходомерным трубкам,

причем оба якоря имеют такую форму и так выровнены относительно друг друга, что магнитные поля, генерируемые посредством устройства с магнитным контуром, по существу, сконцентрированы внутри этого устройства с магнитным контуром, а

первая катушка и, по меньшей мере, первый якорь, взаимодействуют посредством первого магнитного поля.

В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство с магнитным контуром содержит вторую катушку, пересекаемую током при эксплуатации, причем вторая катушка и второй якорь взаимодействуют посредством второго магнитного поля.

Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, первый якорь имеет такую форму и так выровнен относительно первой катушки, что первое магнитное поле распространяется однородно, по меньшей мере, на стороне катушки и, по существу, вдоль одной линии с центральной осью катушки.

В третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый из двух якорей выполнен чашеобразным.

В четвертом предпочтительном варианте осуществления изобретения первая катушка намотана на первый сердечник, и эта первая катушки и первый якорь имеют такую форму и так выровнены относительно друг друга, что магнитный поток проходит через воздушный зазор, образованный между ними.

В пятом предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый из двух сердечников выполнен чашеобразным.

В шестом предпочтительном варианте осуществления изобретения держатель представляет собой опорную пластину для поддержания, по меньшей мере, первой катушки, причем эта опорная пластина установлена в плавающем состоянии посредством упругой первой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и упругой второй ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, на конструкцию сдвоенных расходомерных трубок, образованную упомянутыми двумя расходомерными трубками.

В седьмом предпочтительном варианте осуществления изобретения опорная пластина, проходящая вдоль конструкции сдвоенных расходомерных трубок, прикреплена к первой и второй расходомерным трубкам на их впускных и выпускных концах.

В восьмом предпочтительном варианте осуществления изобретения измерительный преобразователь представляет собой датчик Кориолиса для измерения массового расхода.

В девятом предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство с магнитным контуром служит в качестве возбудителя колебаний, предназначенного для механического возбуждения расходомерной трубки.

В десятом предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство с магнитным контуром служит в качестве датчика колебаний, предназначенного для обнаружения колебаний расходомерных трубок.

Основополагающая идея изобретения состоит, с одной стороны, в том, чтобы разработать, по меньшей мере, одно из устройств с магнитными контурами, обычно используемых в таких измерительных преобразователях и, в частности, в датчиках Кориолиса для измерения массового расхода или в датчиках Кориолиса для измерения массового расхода и/или плотности, т.е. возбудитель колебаний и/или датчик колебаний, таким образом, чтобы при эксплуатации их катушки оставались в положении покоя, по меньшей мере, относительно оси центра тяжести конструкции сдвоенных расходомерных трубок, в частности, относительно вертикальной оси последней. С другой стороны, целью изобретения является разработка устройства с магнитным контуром, которое в основном нечувствительно к влияниям температуры и магнитному полю которого можно помешать воздействовать на другие компоненты, тогда как само устройство эффективно защищено от других магнитных полей.

Изобретение и его дополнительные преимущества станут более очевидными по прочтении нижеследующего описания конкретных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на прилагаемые чертежи. Одинаковые позиции на всех различных чертежах используются для обозначения одинаковых деталей, причем уже назначенные позиции не повторяются на последующих чертежах, если это способствует ясности изложения. На чертежах:

на фиг.1 представлено перспективное изображение первого варианта устройства с магнитным контуром, в частности, пригодного для измерительных преобразователей типа Кориолиса;

на фиг.2 представлен вид спереди в частичном разрезе устройства с магнитным контуром, показанного на фиг.1;

на фиг.3 представлен вид спереди в частичном разрезе второго варианта устройства с магнитным контуром, в частности, пригодного для измерительных преобразователей типа Кориолиса;

на фиг.4 представлено перспективное изображение устройства с магнитным контуром, показанного на фиг.1, используемого в измерительном преобразователе с конструкцией сдвоенных расходомерных трубок;

на фиг.5 и 6 представлены перспективные изображения дополнительных вариантов устройства с магнитным контуром, соответствующего изобретению, используемого в измерительном преобразователе.

На фиг.1-3 показаны конкретные варианты осуществления устройства с магнитным контуром, предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую энергию и/или для осуществляемого по закону электромагнитной индукции преобразования механической энергии в электрическую энергию. Это устройство с магнитным контуром пригодно, в частности, для использования в датчике Кориолиса для измерения массового расхода или в датчике Кориолиса для измерения массового расхода и/или плотности. Соответствующий конкретный вариант осуществления измерительного преобразователя, который реагирует на массовый расход m текучей среды, протекающей по трубе (не показана), изображен на фиг.4. Как хорошо известно, такой датчик для измерения массового расхода, если он используется в качестве измерительного преобразователя физического параметра в электрический сигнал в массовом расходомере Кориолиса, служит для создания и обнаружения сил Кориолиса в текучей среде, проходящей через этот датчик, и для преобразования этих сил в полезные входные сигналы для последующей обработки электронным блоком оценки.

Для пропускания текучей среды, параметры которой подлежат измерению, измерительный преобразователь содержит конструкцию 21 сдвоенных расходомерных трубок с первой расходомерной трубкой 211 и второй расходомерной трубкой 212, которая предпочтительно идентична расходомерной трубке 212 по форме. Как обычно в таких измерительных преобразователях, расходомерные трубки 211, 212 могут иметь единственный изгиб, т.е. могут быть U-образными или могут быть выполнены в форме петли; однако, при необходимости, они также могут быть прямолинейными.

Как показано на фиг.4, расходомерные трубки 211, 212 предпочтительно выровнены друг относительно друга таким образом, что воображаемая срединная плоскость между этими двумя трубками, которые предпочтительно параллельны друг другу, соответствует первой плоскости симметрии конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок. Кроме того, конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок преимущественно придана такая форма, что она имеет вторую плоскость симметрии, которая пересекает срединную плоскость Е₁, которая также содержит вышеупомянутую вертикальную ось, в частности, под прямыми углами.

Каждая из двух расходомерных трубок 211, 212 оканчивается во впускном патрубке 213 и выпускном патрубке 214. Если измерительный прибор установлен в трубе, по которой пропускают текучую среду, то впускной патрубок 213 и выпускной патрубок 214 соответственно соединены с прямолинейными участками трубы на впускной стороне и выпускной стороне и поэтому предпочтительно выровнены друг с другом и с продольной осью А₁ конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок, которая их соединяет, как обычно бывает в таких измерительных преобразователях. Если измерительный преобразователь должен быть выполнен с возможностью отсоединения от упомянутой трубы, то на впускном патрубке 213 и выпускном патрубке 214 соответственно предусматривают первый фланец 215 и второй фланец 216; однако при необходимости, впускной патрубок 213 и выпускной патрубок 214 можно также соединять с трубой напрямую, например путем сварки или пайки твердым припоем.

При эксплуатации в расходомерных трубках 211, 212, как упоминалось выше, возбуждают изгибные колебания на полезной моде, в частности на собственной резонансной частоте собственной моды, так что эти трубки совершают колебания в противофазе, что является обычным в таких измерительных преобразователях. Как хорошо известно, возбуждаемые таким образом силы Кориолиса в текучей среде, проходящей через расходомерные трубки 211, 212, вызывают дополнительную упругую деформацию этих трубок, которую также называют модой Кориолиса и которая накладывается на возбужденные колебания на полезной моде и также зависит от массового расхода m, подлежащего измерению.

При необходимости любые механические напряжения, вызываемые колеблющимися расходомерными трубками 211, 212 во впускном патрубке 213 и выпускном патрубке 214, можно минимизировать, например, путем механического соединения трубок посредством, по меньшей мере, одной узловой пластины 217 на впускном конце и, по меньшей мере, одной узловой пластины 218 на выпускном конце, что является обычным для таких измерительных преобразователей.

Для механического возбуждения расходомерных трубок 211, 212, измерительный преобразователь содержит, по меньшей мере, один возбудитель 22 колебаний. Последний служит для преобразования электрической энергии возбуждения Е_возб, подводимой из электронного блока регулирования, например, расположенного в вышеупомянутом массовом расходомере, в силы возбуждения F_возб, например, пульсирующие или гармонические силы возбуждения, которые воздействуют на расходомерные трубки 211, 212 симметрично, т.е. одновременно и одинаково, но в противоположных направлениях, вызывая таким образом колебания в противофазе расходомерных трубок 211, 212. Силы возбуждения F_возб, могут быть регулируемыми по амплитуде, например посредством схемы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), в соответствии со способом, известным специалистам в данной области техники, см. также патент США №4801897.

Для обнаружения колебаний расходомерных трубок 211 и 212 измерительный преобразователь содержит первый датчик 23 колебаний на впускной стороне и второй датчик 24 колебаний на выпускной стороне, которые реагируют на движения трубок, в частности, на их боковые отклонения, и соответственно выдают соответствующие первый и второй сигналы S₂₃ и S₂₄ колебаний.

В измерительных преобразователях описываемого типа устройство с магнитным контуром, соответствующее изобретению, если оно используется в качестве возбудителя 22, может служить для создания сил возбуждения F_возб, вызывающих механическое возбуждение расходомерных трубок 211, 212. Кроме того, устройство с магнитным контуром, как упоминалось выше, можно использовать в качестве датчика 23 или 24 колебаний для измерения движений расходомерных трубок 211, 212 и для генерирования сигнала S₂₃ или S₂₄ колебаний, соответственно.

Для взаимного преобразования механической и электрической энергии устройство с магнитным контуром содержит, по меньшей мере, первую, предпочтительно цилиндрическую, катушку 13, которая пересекается током при эксплуатации и которая крепится к конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок посредством держателя 15. В предпочтительном варианте к держателю 15 прикреплена вторая катушка 14, в частности катушка, выровненная с катушкой 13.

Кроме того, устройство с магнитным контуром содержит первый якорь 11, который прикреплен к расходомерной трубке 211 и который при эксплуатации взаимодействует с токопроводящей катушкой 13 посредством магнитного поля B₁, и второй якорь 12, в частности, якорь, который идентичен якорю 11 по форме, прикреплен к расходомерной трубке 212 и может взаимодействовать с токопроводящей катушкой 14 через посредство магнитного поля В₂. Магнитное поле B₁ может быть, например, переменным полем, которое генерируется посредством катушки 13 и на котором может быть модулировано статическое поле, генерируемое посредством якоря 11; аналогично, магнитное поле В₂ может генерироваться, например, посредством катушки 14 и якоря 12.

Оба якоря 11, 12 также служат для придания однородности магнитным полям, генерируемым устройством с магнитным контуром, в частности магнитному полю B₁ и магнитному полю В₂, также и снаружи катушки 13, и для концентрации этих полей в пределах как можно более узкого пространства, которое находится, по существу, внутри самого устройства с магнитным контуром. Якоря 11, 12 также служат для формирования и направления вышеупомянутых магнитных полей так, чтобы их магнитная индукция была как можно больше, в частности, чтобы они имели постоянную магнитную индукцию даже в воздухе. Поэтому якоря 11 и 12 в предпочтительном варианте изготавливают, по меньшей мере, частично из ферромагнитного материала, который, как хорошо известно, имеет очень высокую магнитную проницаемость, и поэтому концентрирует магнитные поля.

В предпочтительном конкретном варианте осуществления изобретения якорь 11 также служит для генерирования постоянной статической составляющей магнитного поля B₁; аналогично постоянная статическая составляющая магнитного поля В₂ генерируется якорем 12. В частности, в этом случае якоря 11 и 12 изготовлены, по меньшей мере, частично из магнитно-жесткого, например, предварительно намагничиваемого материала, такого как AlNiCo, NyFeB, SmCo или другого сплава редкоземельных элементов. В качестве материала якорей 11, 12 в этом конкретном варианте осуществления также можно использовать менее дорогую автоматную сталь или конструкционную сталь.

Как показано на фиг.1-3, якорь 11 жестко прикреплен к расходомерной трубке 211 посредством монтажного гибко-жесткого первого уголка 11А, а якорь 12 жестко прикреплен к расходомерной трубке 212 посредством монтажного гибко-жесткого второго уголка 12А. Уголки 11А и 12А могут быть соединены соответственно с расходомерными трубками 211 и 212, например, посредством сварки или пайки твердым припоем.

Как показано, например, на фиг.1, катушка 13, а также катушка 14, если она есть, прикреплена посредством держателя 15 к обеим расходомерным трубкам 211, 212 таким образом, что ось симметрии устройства с магнитным контуром оказывается фактически параллельной срединной плоскости E₁ конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок. В предпочтительном варианте держатель 15 прикреплен к расходомерной трубке 211 посредством первой ножки 15А и к расходомерной трубке 212 посредством второй ножки 15В. Кроме того, обе, предпочтительно упругие, ножки 15А, 15В взаимно соединены, предпочтительно жестко, на соответствующих концах, удаленных от конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок, посредством опорной пластины 15С. Держатель 15 может быть выполнен либо в виде одной детали, например посредством рамной штамповки, либо может представлять собой многоэлементную конструкцию. Он может быть изготовлен, например, из тех же материалов, которые используются для расходомерных трубок 211, 212.

Если расходомерные трубки совершают колебания в противофазе, как описано выше, держатель 15 будет деформироваться, в частности, за счет бокового отклонения ножек 15А, 15В, скрепленных с расходомерными трубками 211, 212, а его ось симметрии, по существу, останется в своем положении относительно срединной плоскости E₁. Так, катушка 13, поддерживаемая опорной пластиной 15С, например, посредством гребенной части 15D, предусмотренной на последней, установлена в плавающем состоянии на конструкцию 21 сдвоенных расходомерных трубок и удерживается на, по существу, постоянном расстоянии от срединной плоскости E₁.

Чтобы предотвратить влияние держателя 15 на форму моды колебаний колеблющихся расходомерных трубок 211, 212, этот держатель делают податливым. Чтобы добиться этого, ножки 15А, 15В, которые тоже совершают колебания при эксплуатации, можно изготовить из подходящей тонкой полосы листового металла.

В еще одном конкретном варианте осуществления изобретения опорной пластине 15С, как условно показано на фиг.5 или 6, придают такую форму и крепят к расходомерным трубкам 211, 212 так, что эта пластина проходит, по существу, параллельно расходомерным трубкам и фактически вдоль всей длины конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок. В этом случае опорную пластину 15С преимущественно крепят непосредственно к узловой пластине 217 на впускном конце и к узловой пластине 218 на выпускном конце. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что если, например, расширения расходомерных трубок 211, 212, вызываемые температурой, параллельны срединной плоскости Е₁, то держатель 15, прикрепленный таким образом, может отслеживать эти расширения до точки, в которой любой относительный сдвиг между держателем 15 и конструкцией 21 сдвоенных расходомерных трубок оказывается пренебрежимо малым.

Конкретное преимущество этого конкретного варианта осуществления изобретения заключается в том, что он исключает необходимость дополнительно крепить держатель 15 к конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок посредством ножек 15А, 15В – см., например, фиг.6.

В соответствии с первым вариантом изобретения устройство с магнитным контуром является устройством электродинамического типа, т.е. устройством, в котором электрический проводник, образующий замкнутый контур, например катушка 13, пронизывается, в частности перпендикулярно, магнитным полем, генерируемым, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, и в котором замкнутый контур и постоянный магнит перемещаются друг относительно друга. С этой целью катушку 13 предпочтительно крепят к конструкции 21 сдвоенных расходомерных трубок посредством держателя 15 таким образом, что центральная ось А₁₃ катушки оказывается, по существу, перпендикулярной срединной плоскости Е₁.

Для придания однородности магнитным полям B₁, B₂ и фиксации как можно большей магнитной индукции, в частности, внешних якорей 11, 12 в предпочтительной конкретной реализации первого варианта изобретения, каждый из обоих якорей 11, 12, как условно показано на фиг.1 и 2, имеет форму чаши, дно которой имеет выполненный на нем стержень, предпочтительно магнитно-жесткий, который соосен со стенкой чаши.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения якоря 11 и 12 – как обычно в таких устройствах с магнитными контурами – предпочтительно изготовлены, по меньшей мере частично, т.е. в области вышеупомянутой стенки чаши, из магнитно-мягкого материала, такого как феррит или коровак (Corovac).

В соответствии со вторым вариантом изобретения устройство с магнитным контуром является устройством электромагнитного типа, т.е. устройством, в котором два ферромагнитных тела, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга, расположены друг относительно друга так, что, по меньшей мере, один регулируемый воздушный зазор между ними пронизывается магнитным полем, предпочтительно однородным, с большой магнитной индукцией, см., в частности, документ ЕР-А 803713.

В этом втором варианте изобретения устройство с магнитным контуром дополнительно содержит ферромагнитный первый сердечник 13А для катушки 13, причем этот сердечник прикреплен к держателю 15. Как показано на фиг.3, сердечник 13А, проходящий, по меньшей мере, через часть катушки 13, расположен напротив якоря 11 и отстоит от него. В этом втором варианте изобретения сердечник 13А и якорь 11 служат для формирования регулируемого первого воздушного зазора, через который магнитное поле B₁ проходит, по меньшей мере, частично. Устройство с магнитным контуром предпочтительно содержит также ферромагнитный второй сердечник 14А для катушки 14, причем этот второй сердечник прикреплен к держателю 15 на некотором расстоянии от якоря 12. Таким образом, сердечник 14А и якорь 12 образуют регулируемый воздушный зазор, в частности воздушный зазор, пронизываемый магнитным полем В₂.

Для генерирования постоянных статических составляющих магнитных полей и ослабления вихревых токов в устройстве с магнитным контуром каждый из сердечников 13А и 14А предпочтительно изготовлен, по меньшей мере частично, из магнитно-жесткого, но плохо проводящего материала, такого как один из вышеупомянутых сплавов редкоземельных металлов – AlNiCo, NyFeB, SmCo и т.д.

Чтобы зафиксировать магнитное сопротивление для магнитного поля B₁, которое является как можно меньшим даже снаружи сердечника 13А, в предпочтительной конкретной реализации второго варианта изобретения с сердечником 13А выполнено как одно целое ферромагнитное первое ярмо 13В, проходящее снаружи катушки 13, как показано на фиг.3; аналогично, сердечник 14А может иметь предусмотренное на нем ферромагнитное второе ярмо 14В для магнитного поля В₂, предпочтительно идентичное ярму 13В по форме. Как обычно в таких устройствах с магнитными контурами, ярма 13В, 14В преимущественно могут быть изготовлены из магнитно-мягких материалов, таких как феррит или коровак.

В дополнительном предпочтительном конкретном варианте осуществления изобретения сердечник 13А и ярмо 13В имеют такую форму и выровнены друг относительно друга так, что свободные торцы сердечника 13А и ярма 13В, которые находятся в контакте с воздушным зазором, являются, по существу, плоскими и копланарными. Тогда свободный торец якоря 11, который находится в контакте с воздушным зазором, предпочтительно будет тоже плоским. В этом случае этот торец также может быть параллельным, например, противолежащим свободным торцам сердечника 13А и ярма 13В. При необходимости якорь 11, сердечник 13А и ярмо 13В можно выполнить на основе принципа катушки и штока.

В дополнительной предпочтительной конкретной реализации второго варианта изобретения ярмо 13В выполнено в форме кожуха катушки, в частности кожуха, коаксиального с катушкой 13, см., например, документ ЕР-А 803713.

Дополнительные подробности и конкретные варианты осуществления, касающиеся эксплуатации устройства с магнитным контуром в соответствии со вторым вариантом изобретения или касающиеся формы и компоновки катушки 13 и ярма 13В, а также катушки 14 и ярма 14В, если они есть, описаны, например, в публикации ЕР-А 803713, правами на которую владеет Заявитель данной заявки и который упоминается в данном описании для справок.

Формула изобретения

1. Устройство с магнитным контуром, содержащее первую катушку, через которую протекает ток при эксплуатации, первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя, второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя, и держатель для первой катушки, прикрепленный к первой и второй расходомерным трубкам, причем упомянутые два якоря имеют такую форму и так выровнены относительно друг друга, что магнитные поля, генерируемые посредством устройства с магнитным контуром, по существу, сконцентрированы внутри этого устройства с магнитным контуром, а первая катушка и первый якорь взаимодействуют через посредство первого магнитного поля, причем держатель для первой катушки содержит опорную пластину, которая установлена в плавающем состоянии на конструкции сдвоенных расходомерных трубок с помощью первой упругой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и с помощью второй упругой ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, при этом первая и вторая расходомерные трубки образуют конструкцию сдвоенных расходомерных трубок, имеющую воображаемую среднюю плоскость, расположенную между первой и второй расходомерными трубками, средняя плоскость соответствует плоскости симметрии конструкции сдвоенных расходомерных трубок, и первая катушка прикреплена к держателю так, что центральная ось первой катушки является по существу перпендикулярной воображаемой средней плоскости сдвоенных расходомерных трубок.

2. Устройство по п.1, которое содержит вторую катушку, через которую перетекает ток при эксплуатации, причем вторая катушка и второй якорь взаимодействуют через посредство второго магнитного поля.

3. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, первый якорь имеет такую форму и так выровнен относительно первой катушки, что первое магнитное поле распространяется однородно, по меньшей мере, на стороне катушки и, по существу, вдоль одной линии с центральной осью катушки.

4. Устройство по п.1, в котором каждый из двух якорей выполнен чашеобразным.

5. Устройство по п.1, в котором первая катушка намотана на первый сердечник, и в котором первая катушка и первый якорь имеют такую форму и так выровнены относительно друг друга, что магнитный поток проходит через воздушный зазор, образованный между ними.

6. Устройство по п.5, в котором каждый из двух сердечников выполнен чашеобразным.

7. Устройство по п.1, в котором опорная пластина, проходящая вдоль конструкции сдвоенных расходомерных трубок, прикреплена к первой и второй расходомерным трубкам на их впускных и выпускных концах.

8. Устройство по одному из пп.1-7, в котором измерительный преобразователь представляет собой датчик Кориолиса для измерения массового расхода.

9. Применение устройства по одному из пп.1-7 в качестве возбудителя колебаний, предназначенного для механического возбуждения расходомерных трубок.

10. Применение устройства по одному из пп.1-7 в качестве датчика колебаний, предназначенного для обнаружения колебаний расходомерных трубок.

11. Устройство с магнитным контуром, выполненное с возможностью использования с первой совершающей колебания расходомерной трубкой и второй совершающей колебания расходомерной трубкой измерительного преобразователя, при этом устройство содержит первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; первую катушку, через которую протекает при эксплуатации ток, при этом первая катушка и первый якорь взаимодействуют друг с другом через первое магнитное поле; вторую катушку, взаимодействующую с вторым якорем через второе магнитное поле, и держатель для первой и второй катушек, прикрепленный к первой и второй расходомерным трубкам, при этом первая и вторая катушки прикреплены к держателю так, что вторая катушка выровнена с первой катушкой.

12. Устройство по п.11, в котором первый и второй якорь выполнены чашеобразными.

13. Устройство по п.11, в котором первая расходомерная трубка и вторая расходомерная трубка образуют конструкцию сдвоенных расходомерных трубок; держатель содержит опорную пластину для поддержания первой и второй катушек; опорная пластина установлена в плавающем состоянии на конструкции сдвоенных расходомерных трубок с помощью первой упругой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и с помощью второй упругой ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, и первая и вторая ножки установлены с возможностью совершать колебания при эксплуатации.

14. Устройство по п.13, в котором опорная пластина, проходящая вдоль конструкции сдвоенных расходомерных трубок, прикреплена к первой и второй расходомерным трубкам на их впускных и выпускных концах.

15. Устройство по п.11, в котором измерительный преобразователь является датчиком Кориолиса для измерения массового расхода.

16. Устройство по п.11, в котором первая и вторая расходомерные трубки образуют конструкцию сдвоенных расходомерных трубок, имеющую воображаемую среднюю плоскость, расположенную между первой и второй расходомерными трубками; средняя плоскость соответствует плоскости симметрии конструкции сдвоенных расходомерных трубок и первая катушка прикреплена к держателю так, что центральная ось первой катушки является по существу перпендикулярной воображаемой средней плоскости сдвоенных расходомерных трубок.

17. Устройство по п.12, в котором каждый чашеобразный первый и второй якорь имеет стержень, образованный на дне чаши соответствующего якоря.

18. Применение устройства с магнитным контуром по п.11 в качестве возбудителя колебаний для возбуждения расходомерных трубок.

19. Применение устройства с магнитным контуром по п.11 в качестве датчика колебаний для измерения колебаний расходомерных трубок.

20. Устройство с магнитным контуром, содержащее первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; первую катушку, через которую протекает при эксплуатации ток, при этом первая катушка и первый якорь взаимодействуют друг с другом через первое магнитное поле; держатель для первой катушки, прикрепленный к первой и второй расходомерным трубкам, в котором каждый первый и второй якорь выполнен чашеобразным, при этом первая и вторая расходомерные трубки образуют конструкцию сдвоенных расходомерных трубок, имеющую воображаемую среднюю плоскость, расположенную между первой и второй расходомерными трубками, средняя плоскость соответствует плоскости симметрии конструкции сдвоенных расходомерных трубок, и первая катушка прикреплена к держателю так, что центральная ось первой катушки является по существу перпендикулярной воображаемой средней плоскости сдвоенных расходомерных трубок.

21. Устройство по п.20, в котором каждый чашеобразный первый и второй якорь имеет стержень, образованный на дне чаши соответствующего якоря.

22. Устройство по п.20, в котором держатель содержит опорную пластину для поддержания первой катушки; опорная пластина установлена в плавающем состоянии на конструкции сдвоенных расходомерных трубок с помощью первой упругой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и с помощью второй упругой ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, при этом первая и вторая ножки установлены с возможностью совершать колебания при эксплуатации.

23. Устройство по п.20, которое содержит вторую катушку, через которую протекает ток при эксплуатации, при этом вторая катушка и второй якорь взаимодействуют друг с другом через второе магнитное поле, в котором вторая катушка выровнена с первой катушкой.

24. Устройство с магнитным контуром, содержащее первый якорь, прикрепленный к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; второй якорь, прикрепленный ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; первую катушку, через которую протекает при эксплуатации ток, при этом первая катушка и первый якорь взаимодействуют друг с другом через первое магнитное поле; держатель для первой катушки, прикрепленный к первой и второй расходомерным трубкам, в котором первая и вторая расходомерные трубки образуют конструкцию сдвоенных расходомерных трубок, имеющую воображаемую среднюю плоскость, расположенную между первой и второй расходомерными трубками; средняя плоскость соответствует плоскости симметрии конструкции сдвоенных расходомерных трубок, и в котором первая катушка прикреплена к держателю так, что центральная ось первой катушки является по существу перпендикулярной воображаемой средней плоскости сдвоенных расходомерных трубок.

25. Устройство по п.24, в котором держатель содержит опорную пластину для поддерживания, по меньшей мере первой катушки; опорная пластина установлена в плавающем состоянии на конструкции сдвоенных расходомерных трубок с помощью первой упругой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и с помощью второй упругой ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, при этом первая и вторая ножки установлены с возможностью совершать колебания при эксплуатации.

26. Устройство по п.24, которое содержит вторую катушку, через которую протекает ток при эксплуатации, при этом вторая катушка и второй якорь взаимодействуют друг с другом через второе магнитное поле, в котором вторая катушка выровнена с первой катушкой.

27. Устройство с магнитным контуром, содержащее первый якорь и второй якорь, при этом первый якорь прикреплен к первой колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя, а второй якорь прикреплен ко второй колеблющейся расходомерной трубке измерительного преобразователя; первую катушку и вторую катушку, при этом при эксплуатации через каждую из катушек протекает ток, при этом первая катушка и первый якорь взаимодействуют друг с другом через первое магнитное поле; вторая катушка и второй якорь взаимодействуют друг с другом через второе магнитное поле, и держатель для первой катушки и второй катушки, при этом держатель прикреплен к первой и второй расходомерным трубкам.

28. Устройство по п.27, в котором измерительный преобразователь представляет собой датчик Кориолиса для измерения массового расхода.

29. Устройство по п.27, в котором держатель содержит опорную пластину для поддержания первой и второй катушек; опорная пластина установлена в плавающем состоянии на конструкции сдвоенных расходомерных трубок с помощью первой упругой ножки, прикрепленной к первой расходомерной трубке, и с помощью второй упругой ножки, прикрепленной ко второй расходомерной трубке, при этом первая и вторая ножки установлены с возможностью совершать колебания при эксплуатации.

РИСУНКИ