Способ имитационного моделирования электромагнитных расходомеров



 


Владельцы патента RU 2594988:

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

Изобретение относится к имитационному способу моделирования электромагнитных расходомеров с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал расходомера, и определения коэффициента преобразования Кр. Способ позволяет моделировать электромагнитный расходомер при измерении расхода жидких металлов и при высоких магнитных числах Рейнольдса Rem. Реализация способа имитационного моделирования влияния магнитного числа Рейнольдса на сигнал расходомера состоит в следующем. Задаются значениями объемного расхода жидкого металла Q, для которых необходимо определить Kр. Для этих значений объемного расхода вычисляются магнитные числа Рейнольдса, далее, соответствие величины λ задаваемым значениям Q и Rem вычисляется, либо берется на основе экспериментальных материалов. Располагая индукционную катушку в соответствии с рассчитанными значениями λ, определяются коэффициенты преобразования Кр. После чего строится зависимость между объемным расходом и коэффициентом Кр во всем диапазоне измеряемых расходов. Технический результат - повышение точности имитационного моделирования электромагнитных расходомеров при режимах, соответствующих высоким магнитным числам Рейнольдса. 1 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода электропроводных жидкостей с помощью электромагнитных расходомеров [1], [2], к технике их имитационного моделирования.

Известен способ [3], [4] имитационного моделирования электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля расходомера в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера Кр. Коэффициент преобразования Кр определяется выражением

где U - напряжение между электродами, I - ток возбуждения магнитного поля индуктором, Q - объемный расход жидкого металла.

Индукционная катушка выполнена в виде плоской многослойной печатной платы, причем витки катушки размещены вдоль линий равного значения весовой функции. Индукционная катушка размещается в канале моделируемого расходомера в плоскости оси канала и линии, соединяющей электроды. Причем одна из осей симметрии индукционной катушки совпадает с линией, соединяющей электроды расходомера.

Недостатком известного способа [3], [4] является низкая точность моделирования электромагнитных расходомеров, если измеряемая среда обладает высокой электропроводностью, например жидкий металл.

Известно [1], что при высокой электропроводности измеряемой среды у электромагнитных расходомеров проявляется чувствительность к влиянию на результат измерения магнитного числа Рейнольдса (Rem)

где D - диаметр канала, µ - магнитная проницаемость жидкого металла, σ - электропроводность жидкого металла. При Rem>1 возникает известный эффект - снос (смещение) магнитного поля возбуждения в направлении движения потока жидкого металла.

При движении жидкого металла по трубе, в нем, в результате взаимодействия с магнитным полем индуктора, на границах рабочей зоны, т.е. зоны магнитного поля в канале, образуются циркуляционные токи, создающие свои магнитные поля, причем величина циркуляционных токов и соответственно величина создаваемых ими магнитных полей пропорциональны магнитному числу Рейнольдса. По направлению движения жидкого металла на входе в рабочую зону расходомера магнитное поле циркуляционных токов направлено навстречу магнитному полю индуктора, а на выходе из рабочей зоны расходомера магнитное поле циркуляционных токов направлено согласно с магнитным полем индуктора. Таким образом, суммарное магнитное поле циркуляционных токов и индуктора оказывается практически таким же, как магнитное поле индуктора, но смещено на некоторую величину λ=f(Rem) вдоль оси канала, в направлении движения потока жидкого металла. Чем выше Rem, тем больше снос магнитного поля. Под линейным размером λ понимается расстояние центров площадей эпюр распределения магнитного поля в плоскости оси канала, перпендикулярной линии, соединяющей электроды. Чем выше значение магнитного числа Рейнольдса, тем больше линейный размер λ, т.е. расстояние центра площади эпюры образованного распределения магнитного поля, от его первоначального положения, когда жидкий металл был неподвижен.

В [3], [4] описан способ имитационного моделирования электромагнитного расходомера в режиме малых магнитных числах Рейнольдса (при Rem<1), т.е. когда практически отсутствует снос магнитного поля. Индукционная катушка устанавливается в канале расходомера при λ=0, т.е. таким образом, чтобы ее оси симметрии совпадали с осью канала и линией, соединяющей электроды. При включении магнитного поля расходомера в индукционной катушке наводится сигнал, пропорциональный сигналу, возникающему между электродами при движении измеряемой среды, соответствующем Rem<1. Согласно [3], [4] с помощью индукционной катушки осуществляется преобразование магнитного поля расходомера в электрическое напряжение, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера Кр.

Поскольку коэффициент преобразования Кр определяется магнитным полем в рабочей зоне канала, т.е. в зоне расположения электродов, то при сносе магнитного поля его величина в рабочей зоне уменьшается, соответственно уменьшается и коэффициент Кр. Т.о. смещенное положение магнитного поля изменяет коэффициент преобразования расходомера и вносит ошибку в показания расходомера. Чем выше значение магнитного числа Рейнольдса, тем больше линейный размер λ, тем становится слабее магнитное поле в центральном поперечном сечении канала, тем больше снижается величина коэффициента Кр, тем больше ошибка измерения расхода.

Функция λ=f(Rem) поддается как расчету, так и определению на основе экспериментальных исследований модели расходомера [5].

Сложность исследования расходомеров жидких металлов на проливных стендах вынуждает искать иные, т.е. беспроливные способы исследования расходомеров, в частности способы имитационного моделирования.

Способ имитационного моделирования [3], [4] является наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения.

Целью предлагаемого изобретения является создание способа имитационного моделирования работы электромагнитных расходомеров при числах Rem, больших единицы, встречающихся в практике измерения расхода жидких металлов.

Эта цель достигается тем, что определение коэффициента Кр производится при нескольких положениях индукционной катушки, различающихся смещением λ вдоль оси канала относительно линии, соединяющей электроды в направлении, противоположном предполагаемому направлению потока жидкого металла.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

В положении индукционной катушки, расположенной смещено на величину λ, катушка воспринимает магнитное поле такого распределения в канале расходомера, которое эквивалентно магнитному полю, снесенному в направлении движения потока при соответствующем магнитном числе Рейнольдса. Иными словами положение индукционной катушки, смещенное относительно центрального поперечного сечения канала, моделирует соответствующий эффект влияния магнитного числа Рейнольдса.

При Rem>1 наблюдается смещение магнитного поля относительно линии, соединяющей электроды, в направлении движения потока. Этот же эффект воспроизводится аналогичным смещенным положением индукционной катушки вдоль оси канала в противоположном направлении относительно линии, соединяющей электроды. Таким образом, имитационное моделирование эффекта смещения магнитного поля при больших числах Rem осуществляется беспроливным способом смещением индукционной катушки относительно ее штатного положения по [3], [4] вдоль оси канала на ту же величину, но в противоположном направлении.

Реализация способа имитационного моделирования влияния магнитного числа Рейнольдса на сигнал расходомера состоит в следующем. Задаются значениями объемного расхода жидкого металла Q, для которых необходимо определить Kр. Для этих значений объемного расхода вычисляются магнитные числа Рейнольдса согласно выражению (2). Далее соответствие величины λ задаваемым значениям Q и Rem вычисляется, либо берется на основе экспериментальных материалов [5].

Располагая индукционную катушку в соответствии с рассчитанными значениями λ, определяются коэффициенты преобразования Кр. После чего строится зависимость между объемным расходом и коэффициентом Кр во всем диапазоне измеряемых расходов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности имитационного моделирования электромагнитных расходомеров при режимах, соответствующих высоким магнитным числам Рейнольдса (Rem>l).

Источники информации

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

2. Патент RU №2431118, Бюл. №28, 2011 г.

3. Авторское свидетельство 165910, Бюл. №20, 1964 г.

4. Патент RU 2146042, Бюл. №6, 2000 г.

5. Васильев В.Ф., Лаврентьев И.В. Концевые эффекты в магнитогидродинамических каналах при конечных магнитных числах Рейнольдса, - ПМТФ, 1971, №3, с. 19-27.

1. Имитационный способ моделирования электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля расходомера в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера Кр, отличающийся тем, что определение коэффициента производится при одном или нескольких положениях индукционной катушки, различающихся смещением λ вдоль оси канала относительно линии, соединяющей электроды в направлении, противоположном предполагаемому направлению потока жидкого металла, причем величина λ является функцией магнитного числа Рейнольдса λ=f(Rem).

2. Имитационный способ по п. 1, отличающийся тем, что функцию λ=f(Rem) определяют расчетным или экспериментальным способом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам управления и контроля процесса производства того типа, который применяется для измерения и контроля процессов производства. В частности, данное изобретение относится к измерению скорости потока в процессах производства по принципу дифференцированного давления.

В способе автоматического контроля перед началом и по завершении каждой операции отпуска автоматически регистрируют результаты измерения массы нефти или нефтепродуктов (НП) и выполняют автоматический сравнительный анализ результатов измерений массы отпущенной нефти или НП по данным как минимум трех средств измерения (СИ).

Изобретение относится к способам диагностирования датчиков измерения. Предложенный способ заключается в том, что сигнал с выхода диагностируемого датчика сравнивают с контрольными типичными сигналами.

Изобретение относится к измерительной технике. Заявленная установка для испытания расходомеров-счетчиков газа содержит трубопровод, запорную арматуру, компрессор, эластичный резервуар, входную испытательную магистраль, испытательный коллектор, испытательные участки, выходную испытательную магистраль, фильтр, датчик температуры, датчик абсолютного давления и датчик дифференциального давления, причем устройство задания расхода выполнено в виде двух вращающихся друг относительно друга плотно прилегающих отполированных соосных диска с отверстиями, при этом в одном из дисков отверстия калиброванные.

Предоставляется вибрационный расходомер (5, 300). Вибрационный расходомер (5, 300) включает в себя сборку (10, 310) расходомера, включающую в себя, по меньшей мере, два вибрационных датчика (170L и 170R, 303 и 305), которые создают, по меньшей мере, два вибрационных сигнала, и измерительную электронику (20, 320), которая принимает, по меньшей мере, два вибрационных сигнала, создает новую временную разность (Δt), используя многократные измерения временной разности, полученные для текущего материала, и определяет, находится ли новая временная разность (Δt) в пределах заданных границ старой временной разности (Δt0).

Изобретение относится к устройству и способу для поверки (калибровки) расходомера, объемного счетчика, массового счетчика. Устройство содержит калиброванный участок трубопровода, поршень-вытеснитель, движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды, детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода, вторичный прибор, осуществляющий накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от поверяемого (калибруемого) расходомера, объемного счетчика, массового счетчика в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в составе автоматизированных систем учета при приеме нефти или НП на базах топлива, в частности на нефтебазах и АЭС.

Предлагается способ поверки электромагнитного расходомера жидких металлов с помощью проливного расходомерного стенда, работающего на водопроводной воде при комнатной температуре.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к генераторам переменного расхода, предназначенным для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды при исследовании метрологических характеристик средств измерений давления и расхода жидкости, и может найти применение в приборостроительной промышленности при метрологической аттестации этих средств измерений.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к генераторам переменного расхода, предназначенным для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды при исследовании метрологических характеристик средств измерений давления и расхода жидкости, и может найти применение в приборостроительной промышленности при метрологической аттестации этих средств измерений.
Наверх