Патент на изобретение №2311617

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для использования с устройствами измерения расхода электропроводной жидкости в системах теплоснабжения, энергетике, коммунальном хозяйстве. До сдачи электромагнитных расходомеров (ЭР) в эксплуатацию готовят раствор поваренной соли (NaCl) в питьевой воде с температурой 18-35°С для очистки измерительных электродов (ИЭ), изготовленных из одного куска одной партии материала. ИЭ располагают в ванне, измерительные каналы расходомеров уплотняют относительно основания ванны резиновым ковриком. Раствор NaCl заливают в ЭР до уровня, обеспечивающего возникновение гальванического процесса между электродами. В течение 50-60 с подают напряжение поляризации 25-30 В частотой 50-60 Гц ИЭ, соединенных между собой параллельно, и регистрируют уровень и характер изменения общего тока. Считают процесс смачивания электродов завершенным, когда величина изменения тока не превышает ±0,02-0,03% от общего уровня. После очистки раствор NaCl сливают из ванны для повторного использования. Изобретение обеспечивает качественную очистку электродов в системе, аналогичной замкнутой системе водоснабжения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.=3÷4 мм. Стенка ванны соединена со сливным краном 5 и гибким шлангом 10 – с мерником 7.

Устройство также оснащено не менее чем двумя сливными кранами 9 и гибкими шлангами 10, термометрами 11 для контроля температуры воды 12, шлангом 10, мерником 8 для заливки ЭР раствором NaCl, гребенкой 19. Фильтр 6 предназначен для очистки раствора NaCl от частиц жировых, масляных примесей и от загрязнения другими посторонними веществами. Конструктивно фильтр прост, состоит из марли или специальной промокающей бумаги. Все ИЭ ЭР между собой соединены параллельно с помощью разъема 13, 14 и гибких экранированных и влагостойких проводов. Суммарный ток на выходе параллельно соединенных между собой ЭР контролируется и измеряется амперметром 15. Электрическое напряжение этой цепи измеряется вольтметром 16. Напряжение 25-30 В подают источником питания 17 переменного тока частотой 50-60 Гц.

Выбранное напряжение 25-30 В обосновано тем, что отечественные и зарубежные ЭР поляризуют напряжением 27 В, частотой 50 Гц (отечественные), 60 Гц – зарубежные, с учетом стабильности напряжения питания сети 220 В.

Выступы на резиновом коврике толщиной диаметром d обеспечивают плотную изоляцию течи воды изнутри ЭР. Такой прием изоляции течи осуществляют, когда испытывают малогабаритные и маловесные ЭР весом до 4-5 кг. Уплотнение между резиновым ковриком и ЭР относительно основания ванны происходит за счет выступов резины толщиной и незначительно за счет собственного веса ЭР. При больших весах и габаритах ЭР 18 уплотнение между ЭР и резиновым ковриком относительно основания ванны происходит за счет собственного веса ЭР больше 4-5 кг. Резиновые выступы с размерами , d и расстояние между выступами 1 выбирают, исходя из габаритных размеров испытуемых ЭР. В одной ванне может быть расположен коврик с выступами или без выступов. На всей поверхности коврика могут быть сформированы или не сформированы выступы. Выступы на поверхности резинового коврика образуют способом формовки или путем наклейки на поверхность резинового коврика. Коврик стелят внутри ванны. Мерник 8 емкостью 15-20 л и больше, из которого через кран 9, гибкий шланг 10 заполняют ЭР раствором NaCl. После завершения очистки ИЭ раствор NaCl из ванны через сливной кран 5 и гибкий шланг сливают в мерник 7 для повторного использования.

Для контроля температуры раствора NaCl в мернике 8 используют платиновые термометры 11 типа ТМТ (класс допуска В, С), диапазон измерения от -50 до +200°С. Такой термометр предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, твердых тел в различных отраслях промышленности. Мерники 7, 8 стандартные.

Гребенка 19 может быть изготовлена из твердого не электропроводящего материала, кроме фторопласта. Расстояние между трубочками гребенки равно расстоянию 1 или 11, выбирают удобное для эксплуатации. Мерник 8 соединен с краном 9 с помощью гибкого шланга 10, к которому присоединена гребенка 19. С ванной 4 последовательно соединены кран 5, шланг 10, фильтр 6 и резервуар 7.

Принцип работы устройства: из мерника 8 через гибкие шланги 10, гребенку 19 заполняют все ЭР 1 раствором 12 (вода + NaCl). Подают электрическое напряжение 27 В частотой 50 Гц на параллельно соединенные между собой ИЭ ЭР. Под воздействием электрического напряжения свободные электроны, ионы ориентируются между ИЭ а и 6 и ток одновременно протекает в параллельно соединенные между собой ИЭ. Стабильность суммарного тока на фоне шумов контролируют амперметром 15. Стабильность напряжения источника поляризации 17 контролируется вольтметром 16.

Мерник 8 расположен выше испытуемых ЭР, а мерник 7 расположен ниже ванны, что удобно для заливки или слива раствора NaCl в ЭР и резервуар, соответственно. Длина гибких шлангов достаточна, чтобы без особой трудности заполнять водой и раствором NaCl все расходомеры.

Размеры ванны Н×В×А выбирают, исходя из объема выпускаемых в промышленности ЭР и размеров помещения, где расположено устройство для очистки ИЭ электромагнитных расходомеров.

Необходимость очистки ИЭ путем вымачивания в растворе NaCl связана с тем, что материалов ИЭ, используемых в конструкции ЭР, не содержащих примесей, с изначально правильным строением практически в природе не существует и получить их чрезвычайно трудно. На практике наблюдаются те или иные отклонения от нормального расположения атомов, ионов или иные отклонения от нормального расположения атомов, ионов или молекул в металле, т.е. металл получается с дефектами. Наличие в металле других элементов посторонних веществ тоже вызывает дефекты. Указанные дефекты становятся очевидны, когда электроды подвергают температурному воздействию, и при этом на выходе ЭР наблюдается нестабильность выходного напряжения, чаще всего в виде флюктуации выходного напряжения, или тока от тепловых шумов.

Таким образом, для ликвидации шумовых напряжений с целью стабилизации выходного напряжения или тока на выходе ИЭ ЭР предлагают вымачивание ИЭ в растворе, содержащем NaCl и обычную питьевую воду, т.е. электропроводящую воду, которая протекает в ЭР системы водотеплоснабжения.

Для вымачивания ИЭ выбирают поваренную соль «экстра». Такой выбор обосновывают тем, что соль «экстра» очищена от других посторонних природных элементов и ионная химическая связь между Na и Cl в кристалле NaCl возникает между металлическими и диэлектрическими атомами.

В химических соединениях NaCl металлы электродов образуют положительные, а неметаллы – отрицательные ионы.

Для ускорения процесса и повышения эффективности качества очистки ИЭ поляризуют электрическим напряжением переменного тока.

При использовании в слаботочной ИЭ сигнальной цепи разнородных металлов в результате образования из них гальванической пары возникают напряжения шумов. При наличии на стыке двух металлов ИЭ загрязнения или водяных паров создается электрохимический элемент. Развиваемая им ЭДС зависит от используемых материалов. Если ИЭ изготовлены идеально из одноименных металлов, разность паразитных ЭДС между ними отсутствует. У ИЭ из разнородных металлов, помимо возникновения напряжения шумов, может существовать и проблема коррозии. Гальваническая коррозия приведет к тому, что положительные ионы одного металла переносятся в другой металл. Это постепенно разрушает ИЭ. Скорость коррозии зависит от степени загрязнения теплоносителя в измерительной трубе ЭР.

Действие переменного электрического напряжения на ИЭ во много раз в меньшей степени накапливает электроны на электродах, чем при постоянном напряжении. Чем больше частота, тем больше оснований, что не происходит на поверхности ИЭ насыщения электронов и ионов, которые являются причиной гальванической связи между электродами.

От величины температуры зависит проводимость раствора, создаваемая электронами в свободной зоне. По мере повышения температуры все большее и большее количество электронов приходит на поверхность электродов, и в конце концов при достаточно высокой температуре уровни все оказываются занятыми. И, естественно, при таком подходе ускоряется время очистки ИЭ, и безусловно, намного лучше стабилизируются выходные ток и напряжения ИЭ.

Способ очистки ИЭ 2 ЭР1 в растворе NaCl 12 реализуют следующим образом.

– ИЭ изготавливают на токарном и фрезерном станке. Чрезвычайно важно, что материалы ИЭ выбирают из четвертой группы гальванического ряда, т.е. никель, латунь, медь, бронза и т.д. Из пятой группы гальванического ряда (серебро, графит, золото, платина), исходя из экономических соображений, выбирают графит. ИЭ можно выполнять из любого диэлектрика, затем металлизируя в вакууме упомянутыми металлами. ИЭ изготавливают способом формовки и т.д.;

– Для изготовления ИЭ ЭР независимо от конфигурации и размеров материал электрода выбирают из партии одной варки. Такой подход выбора материала ИЭ гарантирует обеспечить одинаковое омическое сопротивление электродов, без напряжения шумов;

– При изготовлении ИЭ на разных технологических процессах и на разных станках партию ИЭ, изготовленную из одного куска материала одной партии материала, не смешивают с ИЭ, изготовленными из другого куска той же партии материала. Такая выборка позволяет избежать гальванического эффекта между ИЭ на расстоянии ав (см. чертеж);

– Устанавливают ИЭ на ЭР по известной технологии сборки. В этой стадии при сборке ЭР главное, что электроды и конструкция ЭР защищают от царапин, деформации, загрязнения маслами и другими смазочными компонентами;

– После сборки ИЭ и ЭР их очищают мягкой тряпкой, смоченной слабым раствором технического спирта;

– Из сети водоснабжения в резервуар 8 наливают питьевую воду. Прогревают воду одним из известных способов до 18-35°С. В подогретом состоянии на 1 литр воды дополняют поваренную соль «экстра» 15-16 г. В нагретом состоянии воды до 18-35°С раствор NaCl перемешивают в течение 80-100 мин с шагом дискретности 8-10 мин, не менее 10 раз. Такой режим обеспечивает полное растворение NaCl в питьевой воде. Очистку ИЭ осуществляют с минимальными затратами электроэнергии;

– Одновременно с изготовлением раствора NaCl в ванне 4 располагают ЭР и поддерживают расстояние между ЭР (со стороны выступа ИЭ) таким, чтобы удобно было подать электрическое напряжение на ИЭ с помощью разъемов 13, 14. Расстояние между ЭР l₁ не со стороны ИЭ (по оси у) выбирают меньше расстояния l₁=(0,6÷0,7)l. При этом на внутренний диаметр d ЭР (собственным весом от 4 до 5 кг на основании ванны 4) надевают плотно резину с выступом высотой =4-5 мм, расположенным на поверхности резинового коврика 3. ЭР 18 весом больше 5 кг располагают на поверхности резинового коврика без уплотнителя. Уплотнение между резиновым ковриком и ЭР происходит за счет собственного веса ЭР;

– После установления ЭР в ванну с помощью разъемов 13, 14 осуществляют параллельное соединение ИЭ между собой с правой стороны разъемами 14, с левой – разъемами 13. В обязательном порядке соблюдают, чтобы ИЭ и ЭР были изготовлены из одной партии. При параллельном соединении соблюдают, чтобы ИЭ ЭР были одинаковой частоты;

– Одновременно при открытых вентилях 9 с помощью шлангов 10, гребенки 19 расходомеры заливают раствором NaCl на 65-70% от общей высоты h. Раствор NaCl, залитый в ЭР на таком уровне, обеспечивает возникновение гальванического процесса между ИЭ. В нескольких ЭР с помощью термометра контрольно проверяют, чтобы температура раствора NaCl не была меньше 18÷35°С. Раствор NaCl, залитый в ЭР, неподвижен и тем самым очистка ИЭ происходит при среднем движении раствора NaCl, равном нулю;

– Подают электрическое напряжение от 25-30 В переменного тока частотой от 50 до 60 Гц. Величину этого напряжения контролируют вольтметром 16. Суммарный ток на выходе параллельно соединенных ИЭ контролируют амперметром 75. После подачи напряжения в течение 50-60 с регистрируют уровень напряжения шумов на фоне общего тока. Регистрацию стабильности выходного тока ИЭ осуществляют после истечения не менее 60-70 с. Затем в интервале 60-180 с периодически с шагом дискретности 10 с регистрируют уровень общего тока, протекающий в ИЭ. Цикл смачивания считают завершенным, когда изменение общего тока не превышало ±(0,02-0,03)% от уровня общего тока в интервале времени 60-180 с;

– В процессе смачивания и поляризации ИЭ, если наблюдают некоторые значения флюктуации общего тока, недопустимые в заданных пределах допусков ±35, где – среднеквадратичное отклонение тока флюктуации нестабильности, поочередно обесточивают ИЭ от питания электрического напряжения, находят неисправный ИЭ (шумящий). Выявляют причину неисправности, устраняют и подготавливают для вторичного смачивания (проверки);

– Использованный раствор NaCl из ванны с помощью вентиля 5 и шланга 10 сливают в мерник 7. Из мерника 7 раствор NaCl выливают в мерник 8 для дальнейшего использования. Цикл повторного использования раствора NaCl не менее 13-15 раз, в зависимости от загрязнения раствора, который определяют визуально;

– После завершения смачивания вся партия одновременно хорошо промывается под струей проточной воды в течение 1,5-2 мин, затем сушится при температуре 50-60°С продолжительностью не менее 40-60 мин. Использованную воду после промывки ИЭ собирают в резервуаре и воду подогревают до комнатной температуры, затем используют для приготовления раствора NaCl;

– Для дальнейшего использования раствор NaCl, непригодный для очистки ИЭ (после смачивания ИЭ ЭР 13-15 раз), подвергают фильтрации промокательной бумагой и хлопчатобумажной тканью (марлей);

– После неоднократного (от 13 до 15 и больше раз) смачивания ИЭ ЭР раствор NaCl пропускают из ванны 4 через шланг 10, фильтр 6 и сливают в мерник 7. Оставшуюся масляную пленку (в виде пятна) на поверхности раствора NaCl в резервуаре мерника снимают промокающей бумагой легкими движениями руки. Раствор NaCl снова готов для неоднократного смачивания ИЭ ЭР. Таким образом добиваются осуществления цикла смачивания ИЭ ЭР почти без потерь питьевой воды, подобно замкнутой системе водоснабжения. Резервуары 7, 8 с раствором NaCl располагают в помещении, где происходит смачивание ИЭ ЭР, в удобном месте и подогревают до комнатной температуры без применения дополнительных источников тепла, с учетом погодных условий в дневные часы. При необходимости для повышения температуры больше, чем комнатная, дополнительно раствор NaCl в резервуарах подогревают любыми известными источниками тепла.

Затем аттестуют ЭР, паспорт визируют и упаковывают для использования.

Высокий технико-экономический эффект предложенного устройства и способа очистки ИЭ ЭР достигается тем, что при очистке раствором NaCl ИЭ освобождают от присутствующих на их поверхности органических веществ, масел, смазочных компонентов, молекулярных поверхностных веществ и коллоидных частиц. Качественная очистка ИЭ по данному способу тесно связана с выбранного рода напряжением поляризации ИЭ переменного тока синусоидальной формы, благодаря которому на ИЭ не присутствовал эффект гальванической связи между парными ИЭ, т.е. не происходило образование и отложение на поверхности ИЭ примесей разных веществ, снижающих параметрическую надежность ИЭ. Эффективность также достигается тем, что смачивание ИЭ происходит в подобие замкнутой системы водоснабжения почти без потери воды и раствора NaCl.

В ООО «ТБН энергосервис» были проверены предлагаемый способ и устройство. Были выбраны теплосчетчики типа КМ-5 в количестве 10 шт. Внутренний диаметр ЭР 20 мм. Раствор был изготовлен по указанному способу.

ЭР смачивали в течение 3 мин. Каждый ЭР проверялся в отдельности и при параллельном соединении. Стабилизированное значение выходного тока между электродами 60 мА при напряжении поляризации 27 В. Уровень начального тока шумов колебался ±5-7 мА. После истечения подачи напряжения поляризации 27 В в интервале времени 60 с наступило время стабилизации суммарного тока ИЭ. Стабилизированное значение суммарного тока не превышало 0,5-1,0 мА с точностью 0,015%. Шланги были изготовлены из обычной резиновой трубки с внутренним диаметром 10 мм. В качестве гребенки были использованы трубки, изготовленные из эбонита. Для исключения влияния внешних электромагнитных помех и связи паразитных емкостей на результаты измерения целесообразно корпусы ванн, ЭР и измерительных приборов заземлить. Выбранный способ смачивания ИЭ можно применить для любого типа ЭР.

Формула изобретения

1. Способ очистки измерительных электродов электромагнитных расходомеров, включающий создание на измерительных электродах напряжения поляризации переменного тока, отличающийся тем, что готовят раствор с температурой 18-35°С для очистки измерительных электродов, при соотношении компонентов, г/л:

перемешивают раствор до полного растворения NaCl, электромагнитные расходомеры, измерительные электроды которых изготовлены из одного куска одной партии материала, располагают в ванне и измерительные каналы расходомеров уплотняют относительно основания ванны резиновым ковриком, подготовленный раствор NaCl заливают в электромагнитные расходомеры до уровня, обеспечивающего возникновение гальванического процесса между электродами, затем в течение 50-60 с подают электрическое напряжение 25-30 В частотой 50-60 Гц поляризации измерительных электродов, параллельно соединенных между собой, и регистрируют уровень и характер изменения общего тока, стабильность напряжения поляризации контролируют вольтметром, после истечения 60-90 с стабильность общего тока измерительных электродов контролируют и регистрируют в течение не менее от 60 до 180 с, считают процесс смачивания завершенным, когда уровень изменения общего тока не превышает ±(0,02÷0,03)% от общего уровня измеренного тока, при обнаружении дефекта измерительных электродов в стадии их смачивания устраняют дефект и подготавливают электроды к повторному смачиванию, после завершения смачивания все электромагнитные расходомеры одновременно промывают под струей проточной воды и сушат при температуре 50-60°С, продолжительностью 40-60 мин, использованный раствор NaCl сливают для повторного использования.

2. Способ очистки измерительных электродов по п.1, отличающийся тем, что форма измерительных электродов коническая, сферическая, прямоугольная, цилиндрическая, игольчатая.

3. Устройство для очистки измерительных электродов электромагнитных расходомеров, содержащее вольтметр, источник питания, отличающееся тем, что дополнительно введены металлическая ванна, на внутренней поверхности которой расположен резиновый коврик с выступами для уплотнения электромагнитных расходомеров, расположенных в ванне, причем выступы коврика служат для уплотнения малогабаритных расходомеров, мерники с термометрами, служащие соответственно для залива и слива раствора NaCl, амперметр, к которому последовательно присоединены параллельно соединенные между собой измерительные электроды, включенный после вольтметра, при этом выход ванны через сливной кран и фильтр посредством резинового шланга соединен с мерником для слива раствора NaCl, расположенным ниже ванны, выход мерника для залива раствора NaCl через сливные краны гибкими шлангами соединен со входом гребенки, выходы которой поданы на электромагнитные расходомеры.

РИСУНКИ