Электромагнитный расходомер большого диаметра



Электромагнитный расходомер большого диаметра

 


Владельцы патента RU 2555517:

Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" (RU)

Электромагнитный расходомер жидких металлов, имеющий цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, два измерительных электрода, приваренных к внешней поверхности трубы, индуктор, имеющий индукционную катушку и магнитопровод, имеющий две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы, индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая измерительные электроды, является осью симметрии катушки. При этом вдоль образующей трубы, находящейся на равном расстоянии между полюсами индуктора внутри угла, меньшего 180°, относительно точки пересечения образующей с линией симметрии катушки расположены дополнительные четыре электрода со следующими координатами: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала. Технический результат - обеспечение независимости показаний расходомера от магнитного числа Рейнольдса. 1 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидких металлов.

Известны электромагнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Электромагнитный расходомер имеет трубу из нержавеющей стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, измерительные электроды, приваренные к наружной поверхности стенки трубы, и индуктор, создающий магнитное поле в рабочей зоне канала трубы. Индуктор может состоять из магнитопровода и постоянных магнитов либо быть электромагнитом, т.е. состоящим из магнитопровода и расположенной на нем индукционной катушки, питаемой электрическим током.

Для измерения расхода жидких металлов в трубах большого диаметра применяют индуктор, создающий магнитное поле в локальной части канала, благодаря чему упрощается конструкция индуктора и расходомера в целом [2]. Магниторовод имеет две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы. Индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая электроды, является осью симметрии катушки.

Недостатком этого расходомера является нелинейность зависимости показаний от объемного расхода жидкого металла. Нелинейность характеристики расходомера вызвана циркуляционными токами в жидком металле, которые при больших расходах образуют вторичные магнитные поля, искажающие магнитное поле возбуждения, создаваемое индукционной катушкой. Величина индуцированного (вторичного) магнитного поля может характеризоваться магнитным числом Рейнольдса (Rem)

Re m = L v σ μ ;                                 ( 1 )

где L - характерный линейный размер, v - скорость потока, σ - электропроводность измеряемой среды, µ - магнитная проницаемость измеряемой среды. В качестве характерного линейного размера L в данном случае понимается расстояние между центрами полюсных пластин индуктора, которое ориентировочно характеризует размеры локального магнитного поля в канале расходомера.

Если магнитное число Рейнольдса достигает значений, больших единицы (Rem>1), то магнитное поле в канале расходомера претерпевает заметные изменения, вызываемые индуцированными циркуляционными токами в измеряемой среде, которые снижают чувствительность расходомера к расходу жидкого металла. Поскольку магнитное число Рейнольдса зависит от скорости потока, то искажение магнитного поля отсутствует при малых расходах и постепенно возрастает с увеличением расхода, таким образом возникает нелинейная зависимость показаний от расхода.

Расходомер, описанный в патенте [2], является наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения.

Целью изобретения является создание расходомера жидких металлов в трубе большого диаметра с линейной зависимостью показаний от расхода, т.е. нечувствительного к магнитному числу Рейнольдса.

Предлагаемый электромагнитный расходомер жидких металлов отличается от описанного в [2] тем, что вдоль образующей трубы, находящейся внутри угла, меньшего 180°, расположены четыре дополнительных электрода со следующими координатами относительно точки пересечения образующей трубы с линией симметрии индукционной катушки: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала.

Измерительное устройство расходомера выполняет последовательно измерения разности потенциалов между одним измерительным электродом, удаленным от индуктора, и каждым из пяти других электродов, находящихся на трубе вблизи индуктора. Затем программно суммируются измеренные разности потенциалов с учетом весовых коэффициентов, присущих применяемому методу интегрирования Гаусса по пяти точкам, и строится зависимость полученной суммы от расхода. При этом достигается линейная характеристика показаний расходомера от объемного расхода вне зависимости от магнитного числа Рейнольдса.

Суть изобретения состоит в следующем. Вторичное магнитное поле, индуцируемое в жидком металле, образуется только на краях участка рабочего магнитного поля, распределенного в канале прибора. Причем если на входе по движению потока оно ослабляет исходное магнитное поле, то на выходе усиливает его в той же мере. В результате сложения исходного и вторичного магнитных полей результирующее поле не изменило своего интегрального значения, однако оказывается смещенным по направлению движения жидкого металла с несколько деформированными краями фронтов. Величина смещения магнитного поля и деформация краев тем больше, чем больше магнитное число Рейнольдса. Смещение магнитного поля возбуждения, естественно, вызывает аналогичное смещение индуцированного электрического поля на внешней поверхности трубы. Если произвести суммирование сигналов, снятых с нескольких точек, размещенных на протяженном участке трубы, захватывающем краевые зоны, то суммарное значение сигналов оказывается линейно связанным с расходом и, следовательно, нечувствительно к магнитному числу Рейнольдса. Измерительный электрод, расположенный на противоположной стороне трубы от индуктора, находится относительно далеко от магнитного поля возбуждения, поэтому имеет практически нулевой электрический потенциал, т.е. мало зависящий от значения расхода и Rem, в то время как на образующей трубы, где расположены пять электродов, электрическое поле существенно зависит от объемного расхода и магнитного числа Рейнольдса. Расстояние между этими пятью электродами выполнено с учетом применения метода интегрирования Гаусса по пяти точкам [3]. Такое расположение электродов позволяет обеспечить наиболее высокую точность интегрирования сигналов при минимальном числе электродов.

На фиг.1 приведена схема конструкции предлагаемого электромагнитного расходомера жидкого металла.

Электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы 1, выполненной из нержавеющей стали, двухполюсного магнитопровода, состоящего из скобы 2 и двух полюсных пластин 3. На центральной части скобы 2 расположена индукционная катушка 4. Полюсные пластины 3 магнитопровода установлены на одной стороне трубы таким образом, что их оси проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол α, меньший 180°. К трубе приварены электроды, причем один электрод 5 расположен на пересечении с линией симметрии 7 образующей трубы, удален от индукционной катушки, а пять электродов 6 расположены на образующей трубы вблизи индукционной катушки 4.

Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К индукционной катушке подводится электрический ток, в результате которого в канале трубы создается локальное магнитное поле между полюсными пластинами индуктора. При движении жидкого металла по каналу трубы в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое вызывает появление в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы циркуляционных токов. В результате протекания токов по стенке трубы создается электрическое поле, которое служит мерой объемного расхода жидкого металла. Измерительное устройство расходомера выполняет последовательно измерения разности потенциалов между одним измерительным электродом 5, находящимся удаленно от индуктора, и каждым из пяти других электродов 6, находящихся вблизи индуктора. Затем суммируются измеренные разности потенциалов с учетом их весовых коэффициентов, которые соответствуют методу интегрирования Гаусса по пяти точкам [3], и строится зависимость полученной суммы от расхода. При этом достигается линейная зависимость показаний от объемного расхода вне зависимости от магнитного числа Рейнольдса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности метрологических характеристик расходомера.

ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИ

1. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1982 г., 214 с.

2. Патент RU №2474791, Бюлл. №4, 2013 г.

3. Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике, Москва «Наука», 1984, 832.

Электромагнитный расходомер жидких металлов, имеющий цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, два измерительных электрода, приваренных к внешней поверхности трубы, индуктор, имеющий индукционную катушку и магнитопровод, имеющий две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы, индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая измерительные электроды, является осью симметрии катушки, отличающийся тем, что вдоль образующей трубы, находящейся на равном расстоянии между полюсами индуктора внутри угла, меньшего 180°, относительно точки пересечения образующей с линией симметрии катушки расположены дополнительные четыре электрода со следующими координатами: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для измерения скорости течения среды. Измерительное устройство (1) имеет средства для создания ортогонального к направлению течения (v) среды (5) постоянного магнитного поля (B), а также, по меньшей мере, две области (7, 7') отбора, которые расположены в лежащей ортогонально к направлению течения (v) среды (5) плоскости (E) на стенках (9) измерительной трубы (3), при этом каждая область (7, 7') отбора имеет электрод (13, 13'), который на обращенной к среде (5) стороне имеет неметаллический пористый слой (11), и измерительный прибор (19) для регистрации сигнала измерения.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным устройствам для измерения расхода (расходомерам) электропроводящих сред. Способ контроля измерений расхода текучих сред заключается в том, что дополнительно к измерению величины расхода жидкости при преобразовании в микроконтроллере измеренной измерительным АЦП напряжения, пропорционального скорости измеряемой среды в измерительном канале, измеряют напряжения, пропорциональные току через индуктор, и напряжению на индукторе и определяют величину отклонения текущих значений активного и индуктивного сопротивлений, определенных в микроконтроллере программно-аппаратным образом по указанным значениям напряжений на индукторе от предустановленных в памяти их эталонных значений.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью электромагнитного способа, т.е. способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода жидкого металла с помощью безэлектродных электромагнитных расходомеров. Безэлектродный электромагнитный расходомер, состоит из трубы, трех индукционных катушек и магнитопровода.

Электромагнитный способ измерения расхода электропроводной жидкости, протекающей в магнитном поле через немагнитную трубу, в которой установлены два электрода, магнитное поле создается с помощью электромагнита, имеющего индукционную катушку, через которую пропускается электрический ток, причем расход жидкости определяется в результате измерения тока, протекающего через индукционную катушку, и разности потенциалов между электродами, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение на клеммах индукционной катушки, а величину расхода вычисляют по формуле Q = k U I [ 1 − λ ρ k ( U k I − R k ) ] где Q - расход измеряемой среды, k - градуировочный коэффициент, U - разность потенциалов между электродами, I - ток, протекающий через индукционную катушку, Uk - напряжение на клеммах индукционной катушки, Rk - электрическое сопротивление индукционной катушки при градуировочной температуре измеряемой среды, λ - температурная погрешность расходомера [1/°С], ρk - изменение электрического сопротивления индукционной катушки при изменении температуры измеряемой среды на градус Цельсия.

Способ измерения расхода многофазного потока основан на том, что в поток транспортируемой среды движителем вносят дозированное количество механической энергии, компенсирующее потери энергии потока на участке измерения, при этом поступательная, вращательная или любая другая скорость движителя, синхронизированная с объемным расходом транспортируемой среды, является первичным сигналом при измерении расхода.

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тепло- и расходометрии, и позволяет измерять расходы электропроводной жидкости и теплоносителя в напорных трубопроводах.

Электромагнитный расходомер имеет трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, магнитопровод с полюсными наконечниками и кожух, внутри которого располагаются индукционная катушка и клеммная колодка.

Изобретение относится к измерениям расхода реверсируемого многофазного потока. Устройство измерения расхода многофазного потока состоит из одновинтовой машины, винт которой является движителем для равномерного подвода дозированного количества механической энергии в реверсируемый многофазный поток и одновременно чувствительным элементом устройства измерения. Режим измерения поддерживается двухконтурной системой автоматического управления, внутренний (исполнительный) контур которой в составе электродвигателя, тахометра и частотного преобразователя изменяет направление и скорость вращения винта для синхронизации с объемным расходом многофазного потока. Внешний (задающий) контур в составе датчика дифференциального давления, датчика осевых усилий винта на опорные подшипники, датчиков температуры, контроллера и блока математического моделирования формирует задание по направлению и скорости вращения винта, синхронизированной с направлением и объемным расходом многофазного потока. Регистратор используют для хранения и выдачи по запросу измеренных параметров и рассчитанных в блоке математического моделирования значений объемного и массового расхода многофазного потока, его плотности и направления движения. Технический результат - измерение параметров, расчет, хранение и выдача по запросу объемного и массового расхода, плотности и направления движения реверсируемого многофазного потока, уменьшение погрешности измерения, увеличение метрологически обоснованного интервала измерения, повышение чувствительности, надежности и достоверности результатов измерения и вычисления, а также расширение интервала применения устройства по составу, в том числе фракционному, и физико-механическим свойствам многофазного потока. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения уровня потока жидкости, протекающего по открытому каналу. Техническим результатом является повышение надежности измерения уровня. Устройство состоит из первичного преобразователя, имеющего участок канала, по которому протекает поток жидкости, и измерительного блока, имеющего источник переменного напряжения низкой частоты, причем первичный преобразователь имеет кран, выполненный из электропроводного материала и подключенный к водопроводной сети, и два электрода, из которых один расположен по линии траектории струи, приблизительно на ее середине, а другой расположен в потоке на дне канала, причем кран и электрод, расположенный на дне канала, подключены к источнику переменного напряжения низкой частоты, а электрод, расположенный приблизительно на середине струи, и электрод, расположенный на дне канала, подключены ко входу измерительного блока, и отличается тем, что первичный преобразователь имеет лоток, выполненный из неэлектропроводного материала и расположенный между краном и электродом, находящимся на дне канала, под углом α<π/2 к поверхности раздела сред «воздух - жидкость», а электрод, расположенный по линии траектории струи приблизительно на ее середине, закреплен в полости лотка. 1 ил.

Изобретение относится к способу изготовления магнитно-индуктивного расходомера, содержащего по меньшей мере одну измерительную трубу для протекания электрически проводящей среды, по меньшей мере одно устройство для создания магнитного поля, проходящего, по меньшей мере, также перпендикулярно продольной оси измерительной трубы, и по меньшей мере два измерительных электрода. Измерительная труба (2) имеет металлическую основную часть, которая, по меньшей мере на внутренней стороне измерительной трубы, снабжена термопластичным покровным слоем, а виртуальная соединительная линия между двумя измерительными электродами проходит, по меньшей мере по существу, перпендикулярно направлению пронизывающего измерительную трубу перпендикулярно продольной оси измерительной трубы магнитного поля. Существенным отличием способа изготовления расходомера является то, что сначала в основной части (7) измерительной трубы (2) выполняют, предпочтительно посредством сверления, места (10) проникновения, служащие для ввода измерительных электродов (5, 6) в измерительную трубу (2). Затем основную часть (7) в области каждого из мест (10) проникновения снабжают термопластичным покровным слоем (8), после чего измерительные электроды (5, 6) посредством нагрева термопластичного покровного слоя (8) в области мест (10) проникновения непроницаемо для жидкости соединяют с измерительной трубой (2). Технический результат - упрощение способа изготовления магнитно-индуктивного расходомера, повышение его технологичности и снижение затрат энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. У электромагнитного расходомера имеются две пары электродов, из которых одна пара электродов контактирует с внешней стенкой трубы, а вторая пара электродов введена внутрь трубопровода до контакта с пограничным слоем жидкого металла изолированно от стенки трубопровода. Измерительное устройство имеет два измерительных канала, подключенных к соответствующим парам электродов. Технический результат - возможность измерения расхода жидких металлов: свинец (Pb), сплав свинца и висмута (Pb44,5%Bi55,5%) и др., обладающих плохой смачиваемостью со стенкой трубы и, следовательно, нестабильным электрическим контактом со стенкой канала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Магнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы, двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек, имеющих вид огибающих трубу эллипсов, магнитопровода, выполненного в виде полого цилиндра, и восьми пар электродов, закрепленных к наружной поверхности трубы. Электроды расположены попарно диаметрально противоположно друг к другу по линии, перпендикулярной оси канала в плоскости, перпендикулярной оси индуктора, причем координаты линий, соединяющих пары электродов, отсчитываемые от точки пересечения оси индуктора с осью трубы, имеют следующие значения: , , , , , , , где a - расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы, b - расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкого металла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх