Магнитный расходомер жидкого металла



Магнитный расходомер жидкого металла
Магнитный расходомер жидкого металла
Магнитный расходомер жидкого металла
Магнитный расходомер жидкого металла

 


Владельцы патента RU 2591277:

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

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.

 

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

Известны магнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Магнитный расходомер имеет трубу из нержавеющей стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, 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, состоящий из магнитопровода, выполненного в виде полого цилиндра и двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек [2]. К внешней поверхности трубы по линии, перпендикулярной оси канала, и линии, соединяющей центры индукционных катушек, диаметрально противоположно приварены два электрода. Каждая бескаркасная катушка имеет вид эллипса, огибающего трубу, ось среднего витка которого, расположенная вдоль образующей трубы, равна 0,5-0,6 диаметра канала, а ось среднего витка, расположенная вдоль периметра трубы, равна 1,0-1,2 диаметра канала.

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).

Rem=Rvσµ;

где R - радиус канала - характерный линейный размер, v - скорость потока, σ - электропроводность измеряемой среды, µ - магнитная проницаемость измеряемой среды. Если магнитное число Рейнольдса достигает значений больших единицы (Rem>l), 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 зависимостью показаний от расхода, слабо чувствительного к магнитному числу Рейнольдса.

Предлагаемый магнитный расходомер жидких металлов отличается от [2] тем, что количество пар электродов восемь. Все электроды попарно расположены по образующим трубы в плоскости, проходящей через ось канала перпендикулярно оси индукционных катушек. Координаты линий, соединяющих пары электродов, отсчитываются от точки пересечения оси индуктора с осью трубы. Они имеют следующие значения:

где а - расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы, b - расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы. Измерительное устройство расходомера выполняет последовательно измерения разности потенциалов между каждой парой электродов. Затем суммируются измеренные разности потенциалов каждой пары электродов с учетом весовых коэффициентов, присущих применяемому методу интегрирования Гаусса по восьми точкам [3], и строится зависимость полученной суммы от расхода. Такое исполнение конструкции расходомера позволяет получить характеристику, близкую линейной зависимости выходного сигнала от объемного расхода жидкого металла.

Суть технического решения 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 рабочий участок канала расходомера отождествлять с участком, в котором индуцируется электрическое поле за счет взаимодействия потока жидкого металла с магнитным полем, то по мере повышения скорости потока рабочий участок канала расширяется в направлении движения потока.

Например, у расходомера жидкого металла с диаметром канала 600 мм при изменении объемного расхода от 0 до 8000 м3/ч рабочий участок трубы составит приблизительно 4R. Причем положение этого рабочего участка относительно оси индуктора окажется смещенным в направлении движения потока. При этом расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы приблизительно равно радиусу канала R, а расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы составляет 3R. Это отображено на рис. 1 и 2.

Для того чтобы охватить измерением всю область индуцированного электрического поля с учетом его перемещения по каналу в предлагаемом расходомере электроды расположены с существенным смещением относительно осей индуктора в направлении потока жидкого металла. На обоих рисунках обозначены одинаковыми цифрами одни и те же элементы конструкции расходомера: 1 - труба расходомера, выполненная из немагнитной стали, 2 - электроды, приваренные к наружной поверхности трубы, 3 - бескаркасная седлообразной формы катушка индуктора, 4 - полый цилиндрический магнитопровод, 5 - оси симметрии индуктора. На наружной поверхности трубы 1 по двум образующим, расположенным диаметрально противоположно, расположено 16 электродов. На рис. 2 и в таблице электроды обозначены z1-z16. Расстояния между парами электродов выполнено с учетом применения метода интегрирования Гаусса по восьми точкам [3].

Такое расположение электродов позволяет обеспечить наиболее высокую точность интегрирования сигналов при минимальном числе электродов. Электроды расположены попарно относительно точки пересечения образующей трубы с плоскостью, перпендикулярной оси канала и проходящей через ось индуктора. Координаты пар электродов (таблица) вычислены для расходомера с диаметром канала 600 мм по формулам (1)-(8) при условии a=R, a b=3R. Три пары электродов (z1-z6) расположены на короткой входной части рабочего участка трубы (a=R), а пять пар электродов (z7-z16) на протяженной выходной части рабочего участка трубы (b=3R).

Магнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К индукционным катушкам, включенным последовательно, подводится переменный электрический ток низкой частоты, в результате которого в канале трубы создается переменное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через линию, соединяющую электроды и ось трубы. При движении жидкого металла по каналу в жидком металле, пересекающем магнитное поле, и в стенке трубы возбуждается электрическое поле, которое служит мерой объемного расхода жидкого металла. Производится суммирование разностей сигналов, снятых с каждой пары электродов, размещенных на протяженном участке трубы с учетом формул (1)-(8) и весовых коэффициентов по методу Гаусса [3]. При этом существенно ослабляется зависимость показаний расходомера от магнитного числа Рейнольдса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения расхода жидкого металла.

ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИ

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

2. Патент RU №2527134, бюл. №11, 2014 г.

3. Г.Корн, Т.Корн, Справочник по математике, Москва «Наука», 1984, 832. Численное интегрирование с помощью квадратурных формул.

1. Магнитный расходомер жидкого металла, состоящий из трубы, двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек, имеющих вид огибающих трубу эллипсов, магнитопровода, выполненного в виде полого цилиндра, и пары электродов, закрепленных к наружной поверхности трубы, причем электроды расположены диаметрально противоположно друг к другу по линии, перпендикулярной оси канала, в плоскости, перпендикулярной оси индуктора, отличающийся тем, что количество пар электродов восемь, причем координаты линий, соединяющих пары электродов, отсчитываемые от точки пересечения оси индуктора с осью трубы, имеют следующие значения:
, , , , , , , где а - расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы, b - расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы.

2. Магнитный расходомер по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от оси индуктора до начала рабочего участка трубы a=R, а расстояние от оси индуктора до конца рабочего участка трубы b=3R, где R - радиус канала трубы.



 

Похожие патенты:

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 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.
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