ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
ELECTROMAGNETIC METHOD TO MEASURE THE LOW RATE OF A LIQUID METAL

Предлагаемое 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. Это взаимодействие подчиняется закону Фарадея, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуктируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.
Известен способ измерения расхода жидкого металла, протекающего в магнитном поле через стальную немагнитную трубу [1, 2].
Способ состоит в определении расхода жидкого металла по разности потенциалов между двумя электродами, приваренными к наружной поверхности трубы в точках, диаметрально противоположно расположенных по линии, перпендикулярной направлению магнитного поля. В расходомере [2] применен электромагнит, питаемый импульсным низкочастотным биполярным стабильным током.
m
Недостатком способа является нелинейность зависимости показаний от объемного расхода жидкого металла при больших скоростях и расходах. Нелинейность характеристики расходомера вызвана циркуляционными токами в жидком металле, которые при больших скоростях образуют вторичные магнитные поля, искажающие магнитное поле возбуждения, создаваемое индуктором. Это явление называется магнитогидродинамическим (МГД) эффектом, который характеризуется магнитным числом Рейнольдса (Re):
m
Re=Rvσμ,
m
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 (Re>1), то магнитное поле в канале расходомера претерпевает заметные изменения, вызываемые индуцированными циркуляционными токами в измеряемой среде, которые снижают чувствительность расходомера к расходу. Поскольку магнитное число Рейнольдса зависит от скорости потока, то деформация эпюры магнитного поля индуктора отсутствует при малых расходах и постепенно возрастает с увеличением расхода, таким образом, возникает нелинейная зависимость показаний от расхода.
Предлагаемое изобретение устраняет этот недостаток.
При применении предлагаемого способа предусмотрено измерение деформации эпюры магнитного поля индуктора, вызванного МГД-эффектом, характеризуемым магнитным числом Рейнольдса, и введение поправки в результат измерения расхода, устраняющей влияние деформации магнитного поля на показания расходомера.
Измерение деформации магнитного поля выполняется с помощью двух одинаковых индуктивных катушек, расположенных на трубе симметрично относительно оси индуктора и включенных встречно. При биполярном импульсном магнитном поле индуктора, в момент переключения полярности магнитного поля, в каждой катушке индуцируется сигнал, пропорциональный магнитному полю, пронизывающему катушку.
Когда отсутствует движение жидкого металла в трубе и, следовательно, эпюра магнитного поля симметрична относительно оси индуктора, суммарный сигнал катушек равен нулю.
При движении жидкого металла со скоростью, при которой заметно проявляется МГД-эффект, возникает деформация эпюры магнитного поля индуктора, заключающаяся в нарушении симметрии эпюры магнитного поля относительно оси индуктора. В индуктивных катушках индуцируются сигналы различного уровня, причем их суммарный сигнал характеризует деформацию эпюры магнитного поля индуктора. Сигнал катушек измеряется и используется для устранения влияния МГД-эффекта, характеризуемого магнитным числом Рейнольдса, на результат измерения расхода.
Рис. 1 и рис. 2 поясняют способ измерения расхода жидкого металла.
На рис. 1 приняты следующие обозначения: 1 - труба, по которой течет жидкий металл со скоростью ν, B - магнитное поле индуктора, проникающее сквозь трубу и жидкий металл, U - суммарный сигнал индуктивных катушек, 2 - индуктивные катушки, предназначенные для измерения деформации эпюры магнитного поля индуктора; индуктивные катушки, одинаковые по конструкции, расположены вдоль образующей трубы в зоне магнитного поля индуктора на равном расстоянии от оси симметрии магнитного поля 3 и включены встречно между собой, 4 - ось трубы, 5 - линия, вдоль которой расположены электроды.
На рис. 2 изображены временные диаграммы: верхняя - изменение во времени t индукции магнитного поля B в индуктивной катушке, нижняя диаграмма - изменение суммарного сигнала U во времени t, возникающего при деформации эпюры магнитного поля в индуктивных катушках.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
В трубе, по которой протекает жидкий металл, создается биполярное импульсное низкочастотное магнитное поле, соответствующее временной диаграмме, изображенной на рис. 2. В индуктивных катушках 2, расположенных на трубе, в моменты переключения магнитного поля возникают импульсы, пропорциональные магнитному полю, пронизывающему катушку. Сигнал между электродами измеряется способом, применяемым в [2]. Суммарный сигнал индуктивных катушек, пропорциональный деформации магнитного поля, вызванной МГД-эффектом, измеряется с учетом переключения полярности входной цепи с частотой пульсаций магнитного поля индуктора. По результатам измерения деформации магнитного поля и сигнала между электродами вычисляется расход жидкого металла.
Применение предлагаемого изобретения повышает точность измерения расхода жидких металлов.
Источники информации
1. П.П. Кремлевский, «Измерение расхода многофазных потоков», изд. Машиностроение, Ленинград, 1982.
2. Вельт И.Д., Михайлова Ю.В. Новое поколение электромагнитных расходомеров жидких металлов, Приборы, №6, 2012, стр. 6.