Электромагнитный расходомер жидких металлов



Электромагнитный расходомер жидких металлов
Электромагнитный расходомер жидких металлов

 


Владельцы патента RU 2591260:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" (АО "НИИТеплоприбор") (RU)

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, 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]. Расходомер имеет трубу из нержавеющей стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, два электрода, приваренных к наружной поверхности стенки трубы, индуктор, создающий магнитное поле в рабочей зоне канала трубы и измерительного устройства. 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. В [2] приведена конструкция электромагнитного расходомера с индуктором, состоящим из магнитопровода и расположенной на нем индукционной катушки, питаемой электрическим током. У расходомера [2] индуктор крепится к трубе только в местах на поверхности трубы, в которых электрический потенциал индуцированного электрического поля всегда равен нулю вне зависимости от скорости потока жидкого металла. Измерительное устройство обеспечивает питание индукционной катушки низкочастотным импульсным биполярным током I и измерение разности потенциалов между электродами Us. При этом мерой расхода жидкого металла Q служит отношение измеренной разности потенциалов между электродами к току питания индуктора, т.е.

Где k - постоянный коэффициент, характеризующий конструкцию расходомера. Достоинством такого решения является компактность конструкции и высокие метрологические характеристики при измерении расхода жидких металлов, обладающих хорошим и стабильным электрическим контактом со стенками канала трубы. Такими металлами являются, например, жидкий натрий (Na), литий (Li), калий (K) и др.

Недостаток известной конструкции магнитного расходомера, описанного в [2], состоит в том, расходомер имеет низкую точность измерения жидкого свинца (Pb) или сплава свинца и висмута (Pb44,5%Bi55,5%). Эти металлы имеют нестабильный электрический контакт со стенкой трубы, выполненной из нержавеющей стали. При измерении этих металлов появляется дополнительное контактное электрическое сопротивление между жидким металлом и стенкой трубы, которое вызывает дополнительную погрешность измерения вследствие своего непостоянства. Значительное контактное сопротивление возникает вследствие плохого смачивания внутренней поверхности трубы, последнее имеет место, когда угол смачивания больше 90°.

Целью изобретения является создание электромагнитного расходомера для жидких металлов, обладающих плохой смачиваемостью со стенкой трубы и, следовательно, нестабильным электрическим контактом со стенкой канала расходомера. Предлагаемый электромагнитный расходомер предназначен для измерения расхода свинца (Pb) и сплава свинца и висмута (Pb44,5%Bi55,5%).

Для достижения этой цели у электромагнитного расходомера имеется вторая пара электродов, введенных внутрь трубопровода до контакта с пограничным слоем жидкого металла изолированно от стенки трубопровода, а измерительное устройство имеет второй канал измерения, подключенный к электродам второй пары. При этом мерой расхода служит сумма разностей потенциалов двух пар электродов, произведенная с весовыми коэффициентами.

Где Uµ - разность потенциалов между электродами, контактирующимися с жидким металлом, λs и λµ - весовые коэффициенты, определяемые расчетным или экспериментальным методом.

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

Электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы 1, выполненной из нержавеющей стали без электроизоляционного покрытия, и индуктора, представляющего собой электромагнит, состоящий из магнитопровода 2 с полюсами 3 и индукционной катушки 4. Для крепления индуктора к трубе у полюсов вдоль их оси имеются отверстия, т.е. оси отверстий совпадают с осями полюсов 5. Индуктор закреплен к трубе с помощью стоек 6, вставленных в вышеупомянутые отверстия полюсов. Стойки приварены к трубе 1 в местах пересечения образующей трубы с осью полюсов 5. С противоположной стороны стойки завинчены гайками. В стенке трубы вдоль линии, перпендикулярной линии, соединяющей центры полюсов и ось канала, имеются два отверстия, в которые вставлены втулки 10, выполненные из нержавеющей стали. Внутрь каждой втулки 10 вставлен керамический изолятор 9 с электродом 7. Таким образом, герметично и изолированно от стенки трубы введены два электрода 7, контактирующих с жидким металлом. Рядом с отверстиями к внешней поверхности трубы 1 приварены два электрода 8. Обе пары электродов подведены по соответствующим измерительным каналам к измерительному устройству.

Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К индукционной катушке подводится низкочастотный импульсный биполярный ток, в результате которого в канале трубы создается импульсное биполярное магнитное поле. При движении жидкого металла по каналу в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое образует циркуляционные токи в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы. Сигналы Us и Uµ каждой пары электродов измеряются только в те промежутки времени, когда индукция магнитного поля постоянна, причем его полярность периодически инвертируется. Период переходного процесса не является информативным и исключается из процесса измерения. Применение импульсного магнитного поля позволило отделить информативную составляющую сигнала от электромагнитных помех, изменение которых во времени не кратно частоте изменения магнитного поля возбуждения. Таким образом, помехи, вызванные промышленной частотой и термоЭДС, полностью устранены.

Контактное сопротивление между стенкой и жидким металлом различно влияет на сигналы, снимаемые с каждой пары электродов Us и Uµ. Например, с увеличением контактного сопротивления разность потенциалов между электродами, контактирующими с пограничным слоем жидкого металла Uµ, увеличивается, в то время как разность потенциалов между электродами, контактирующими с внешней стенкой трубы Us, уменьшается. При этом их сумма (с учетом весовых коэффициентов) остается приблизительно постоянной.

У электрода, касающегося пограничного слоя жидкого металла, за счет его плохой смачиваемости может возникать собственное нестабильное контактное сопротивление, которое, однако, не влияет на результат измерений, поскольку оно существенно меньше входного сопротивления измерительного устройства. Суммирование усредненных значений сигналов каждой пары электродов обеспечивает существенное снижение влияния нестабильности контактного сопротивления между жидким металлом и трубой.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения расхода свинца (Pb), сплава свинца и висмута (Pb44,5%Bi55,5%) и др.

Источники информации

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

2. Патент РФ №2431118, бюлл. №28, 2011 г.

1. Электромагнитный расходомер жидких металлов, имеющий трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, приваренные к внешней поверхности трубы, магнитопровод с двумя полюсами, закрепленными на трубе с помощью стоек в местах пересечения образующей трубы с осью полюсов, индукционную катушку, питаемую низкочастотным биполярным импульсным током, и измерительное устройство, имеющее канал измерения разности потенциалов между электродами, отличающийся тем, что имеется вторая пара электродов, введенных внутрь трубопровода до контакта с пограничным слоем жидкого металла изолированно от стенки трубы, а измерительное устройство имеет второй канал измерения, подключенный к электродам второй пары.

2. Электромагнитный расходомер по п. 1, отличающийся тем, что мерой расхода служит сумма разностей потенциалов двух пар электродов, произведенная с весовыми коэффициентами.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к технике измерения уровня потока жидкости, протекающего по открытому каналу. Техническим результатом является повышение надежности измерения уровня.

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.

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.

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.

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.
Представлен и описан магнитоиндуктивный расходомер (1) по меньшей мере с одной измерительной трубкой (2), по меньшей мере с одним имеющим магнитную цепь устройством (3a, 3b) для реализации магнитной цепи и по меньшей мере с двумя электродами (4) для регистрации измеряемого напряжения, причем измерительная трубка (2) имеет впускной участок (2a), примыкающий к впускному участку (2a) измерительный участок (2b) и примыкающий к измерительному участку (2b) выпускной участок (2c), причем поперечное сечение (AM) потока измерительного участка (2b) меньше как обращенного к входному отверстию поперечного сечения (AE) потока впускного участка (2а), так и меньше обращенного к выходному отверстию поперечного сечения (AA) потока выпускного участка (2c), и причем электроды (4) расположены на противоположных электродных участках (5a, 5b) или внутри них на измерительном участке (2b) измерительной трубки (2). Расстояние (8 м) между электродными участками (5a, 5b) на измерительном участке (2b) измерительной трубки (2) больше, чем внутренний диаметр (Sc) обращенного к входному отверстию поперечного сечения (AE) потока впускного участка (2a) измерительной трубки (2). Измерительная трубка (2) изготовлена из металлической трубки, состоящей из немагнитного материала, причем сужающийся участок впускного участка (2а), расширяющийся участок выпускного участка (2с) и область (2b) измерения изготовлены без снятия стружки посредством воздействующих снаружи на металлическую трубку сил. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении изготовления измерительной трубки при обеспечении высокой чувствительности и точности расходомера. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх