ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР

Устройство относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей со сложной кинематической структурой потока.
Известен электромагнитный расходомер [1], содержащий первичный преобразователь и измерительное устройство. Первичный преобразователь имеет трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, магнитопровод, две индукционные катушки, расположенные на внешней поверхности трубы диаметрально противоположно друг другу, два электрода, введенные в канал напротив друг друга по диаметру трубы, причем ось электродов, ось катушек и ось канала все взаимно перпендикулярны друг другу и пересекаются в точке центра сечения канала. Такое техническое решение является типовым для первичного преобразователя общепромышленного электромагнитного расходомера и широко используется в приборостроении.
Расходомер работает следующим образом. Вследствие протекания тока по виткам индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала. При движении электропроводной жидкости по каналу трубы в его рабочем объеме, согласно закону Фарадея индуцируется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости потока жидкости. Расходомер имеет измерительное устройство, с помощью которого измеряются разность потенциалов между электродами U и ток питания индукционных катушек I. Значение объемного расхода Q определяется по формуле
а
Где  - градуировочный коэффициент.
Недостатком рассмотренной конструкции [1] является низкая точность измерения расхода при сложных структурах потока измеряемой среды в канале трубы.
Известен электромагнитный расходомер [2], позволяющий полнее устранить зависимость показаний от неоднородности распределения скорости потока, если асимметрия поля скорости имеет место по линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси электродов и канала. Электромагнитный расходомер [2] также имеет участок трубы, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, магнитопровод, две катушки возбуждения магнитного поля и два электрода и измерительное устройство.
Отличие расходомера от описанного в [1] состоит в том, что измерение сигналов между электродами производится дважды, при двух различных схемах подключения индукционных катушек к источнику питания. Один из режимов измерения соответствует традиционному включению индукционных катушек к источнику питания, при котором магнитные поля катушек взаимно складываются. А другой режим измерения соответствует встречному включению индукционных катушек к источнику питания, при котором магнитные поля катушек взаимно вычитаются. При первом режиме измерения сигнал между электродами характеризует приблизительно среднюю скорость потока, а при втором режиме измерения сигнал между электродами характеризует асимметрию распределения скорости потока по линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси электродов и канала. Если поток жидкости осесимметричен, т.е. асимметрия распределения скорости относительно оси канала отсутствует, то при втором режиме измерения сигнал между электродами равен нулю. Сигналы на электродах и токи питания индукционных катушек измеряются измерительным устройством. Объемный расход вычисляется жидкости по формуле
1
1
2
2
где U, I- напряжение между электродами и ток питания индуктора при согласном включении индукционных катушек, U, I - напряжение между электродами и ток питания индуктора при встречном включении индукционных катушек, b, с - коэффициенты, определяемые расчетным или экспериментальным методами.
Упомянутый расходомер обеспечивает более точное измерение расхода, чем [1], т.к. позволяет учитывать асимметрию распределения скорости в канале. Недостатком расходомера [2] является то, что он позволяет вычислить и учесть поправку на асимметрию распределения скорости только вдоль одного определенного направления, а именно вдоль линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала.
Электромагнитный расходомер, описанный в [2] является наиболее близким аналогом к предлагаемому в заявке на полезную модель.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения расхода при сложных распределениях скорости потока в рабочем объеме канала расходомера. Эта цель достигается тем, что в предлагаемом расходомере имеется возможность вычислять расход с учетом поправки на асимметрию распределения скорости по двум взаимно ортогональным направлениям.
Как известно любую сложную кинематическую структуру потока можно представить как сумму двух структур, описываемых по взаимно ортогональным направлениям поперечного сечения канала, пересекающимся в центре канала.
Отличием расходомера от известного состоит в том, что он имеет два первичных преобразователя, размещенных рядом на одной трубе, но развернутых по оси канала относительно друг друга на 90 градусов. Плоскости, проходящие через линию, соединяющую электроды и ось трубы каждого первичного преобразователя повернуты относительно друг друга вокруг оси канала на 90 градусов.
Работа расходомера состоит в следующем. С помощью измерительного устройства производится периодическое и последовательное подключение индукционных катушек и электродов каждого первичного преобразователя к общему источнику питания, находящемся в измерительном устройстве. Вследствие протекания тока по виткам индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала соответствующего первичного преобразователя. При движении электропроводной жидкости по каналу трубы в его рабочем объеме, согласно закону Фарадея индуцируется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости потока жидкости. Расходомер имеет измерительное устройство, с помощью которого измеряются разность потенциалов между электродами каждого первичного преобразователя и ток питания индукционных катушек. Измерение сигналов каждого первичного преобразователя производится по очереди в двух режимах. Один из режимов измерения соответствует традиционному включению индукционных катушек к источнику питания, при котором магнитные поля катушек взаимно складываются. А другой режим измерения соответствует встречному включению индукционных катушек к источнику питания, при котором магнитные поля катушек взаимно вычитаются. При первом режиме измерения сигнал между электродами каждого первичного преобразователя характеризует приблизительно среднюю скорость потока, а при втором режиме измерения сигнал между электродами характеризует асимметрию распределения скорости потока по линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси электродов и канала соответствующего первичного преобразователя.
Измерительное устройство обеспечивает измерение сигналов электродов и токов питания у двух первичных преобразователей. Алгоритм вычисления расхода имеет вид
11
12
11
12
21
22
21
22
11
11
21
21
12
12
22
22
где величины U, U, I, I относятся к первому первичному преобразователю, U, U, U, I относятся ко второму первичному преобразователю. U, I - напряжение между электродами первого первичного преобразователя и ток питания индуктора при согласном включении катушек возбуждения магнитного поля, U, I - напряжение между электродами второго первичного преобразователя и ток питания индуктора при согласном включении катушек возбуждения магнитного поля, U, I - напряжение между электродами и ток питания индуктора первого первичного преобразователя при встречном включении катушек возбуждения магнитного поля, U, I - напряжение между электродами и ток питания индуктора второго первичного преобразователя при встречном включении катушек возбуждения магнитного поля.
Таким образом, вычисляются поправки на асимметрию потока по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Одна поправка определяется по линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось канала и пару электродов первого первичного преобразователя, а другая - по линии, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось канала и пару электродов второго первичного преобразователя.
Благодаря этому обеспечивается повышение точности измерения расхода при сложном профиле скорости потока (т.е. при сложной кинематической структуре потока).
Электромагнитный расходомер, выполненный по данному техническому решению, может найти применение при точном измерении расхода жидкостей со сложной структурой потока.
Литература
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, изд. Машиностроение, Л, 1989.
2. Патент США, №5, 301, 556, 1994 г., «FLOW MEASURING APPARATUS».