Электромагнитный расходомер

Изобретение относится к приборостроению, к области измерения расхода электромагнитным методом и может быть использовано для измерения расхода в трубопроводах электропроводных жидкостей со сложной кинематической структурой потока. Электромагнитный расходомер содержит трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, магнитопровод, две индукционные катушки, источник питания, измерительно-вычислительное устройство, вход которого подсоединен к электродам, и интегрирующее устройство. Управляющие цепи измерительно-вычислительного устройства соединены с источником питания и интегрирующим устройством. Также расходомер содержит коммутационное устройство, управляющая цепь которого соединена с измерительно-вычислительным устройством. Коммутационное устройство имеет два положения коммутации электрических цепей, из которых одно положение соответствует последовательному подключению индукционных катушек к источнику питания, а другое положение соответствует подключению к источнику питания одной из индукционных катушек, при этом вторая индукционная катушка подключена к интегрирующему устройству. Техническим результатом является повышение точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению, точнее к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей. Известен электромагнитный расходомер [1], содержащий трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, введенные в канал трубы, две индукционные катушки, расположенные на трубе, магнитопровод, источник тока питания индукционных катушек и измерительно-вычислительное устройство. Причем индукционные катушки подключены к источнику тока питания, а электроды - к измерительно-вычислительному устройству. Управление источником питания индукционных катушек выполняется измерительно-вычислительным устройством.

Расходомер работает следующим образом. Вследствие протекания переменного тока по виткам индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается переменное 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. Разность потенциалов между электродами U определяется выражением

где μ - магнитная проницаемость измеряемой среды, Н - напряженность магнитного поля в канале трубы, V - скорость потока измеряемой среды, D - диаметр канала.

С помощью измерительно-вычислительного устройства измеряются разность потенциалов между электродами и ток питания индукционных катушек I. Как известно, ток питания индукционных катушек I пропорционален напряженности магнитного поля Н в рабочем объеме канала трубы.

Значение объемного расхода Q определяется по формуле

где α - градуировочный коэффициент, μ - магнитная проницаемость измеряемой среды.

Рассматриваемый расходомер, как правило, применяют для электропроводных немагнитных жидкостей, у которых магнитная проницаемость практически равна вакууму.

Недостатком известного электромагнитного расходомера является низкая точность измерения расхода сред, обладающих магнитными свойствами, например: магнетитовых, никелевых, кобальтовых пульп, используемых в горно-рудной промышленности. В зависимости от состава и концентрации этих пульп их магнитная проницаемость μ различна и может меняться во время измерения расхода.

Для повышения точности измерения расхода среды с изменяющимися магнитными свойствами можно применить электромагнитный расходомер, выполненный по изобретению [2]. Расходомер [2] в отличие от [1] имеет дополнительные индукционные катушки опорного сигнала, расположенные в зоне магнитного поля, и интегрирующее устройство. ЭДС Е, наведенная переменным магнитным полем в катушках опорного сигнала, пропорциональна магнитной проницаемости

где k - коэффициент, определяемый конструкцией индукционных катушек опорного сигнала.

В рассматриваемом расходомере ЭДС Е поступает на вход интегрирующего устройства, на выходе которого получают опорный сигнал U_μ. Величина опорного сигнала U_μ пропорциональна магнитной проницаемости измеряемой среды и напряженности магнитного поля, т.е.

где k₀ - коэффициент, определяемый конструкцией индукционных катушек опорного сигнала и интегрирующего устройства.

Управление работой интегрирующего устройства обеспечивается измерительно-вычислительным устройством.

Измерительно-вычислительное устройство расходомера, выполненного по [2], вычисляет расход измеряемой среды по формуле

где α₀ - градуировочный коэффициент.

Таким образом известный электромагнитный расходомер [2] позволяет измерять расход сред, обладающих различными магнитными свойствами. Недостатком известного расходомера [2] является сложность конструкции, состоящая в необходимости введения в конструкцию расходомера дополнительных индукционных катушек опорного сигнала в зону магнитного поля.

Этот недостаток устраняется в предлагаемом изобретении.

Расходомер по изобретению [2] является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.

Предлагаемый электромагнитный расходомер имеет трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, магнитопровод, две индукционные катушки, источник тока питания, измерительно-вычислительное устройство, вход которого подсоединен к электродам, и интегрирующее устройство, причем управляющие цепи измерительно-вычислительного устройства соединены с источником питания и интегрирующем устройством. Электромагнитный расходомер отличается от известного [2] тем, что в нем имеется коммутационное устройство, управляющая цепь которого соединена с измерительно-вычислительным устройством, причем коммутационное устройство имеет два положения коммутации электрических цепей, из которых одно положение соответствует последовательному подключению индукционных катушек к источнику питания, а другое положение соответствует подключению к источнику питания одной из индукционных катушек, при этом вторая индукционная катушка подключается к интегрирующему устройству.

На чертеже изображена схема расходомера, на схеме указано: 1 - источник тока питания, 2 и 3 - индукционные катушки, 4 - труба с электродами, 5 - электрод, 6 - измерительно-вычислительное устройство, 7 - коммутационное устройство, 8 - интегрирующее устройство. Управление работой источника питания, интегрирующим устройством и коммутационным устройством выполняется измерительно-вычислительным устройством.

Работа расходомера состоит в следующем. Расходомер работает в двух режимах, периодически переключаемых с помощью коммутационного устройства: в режиме измерения разности потенциалов между электродами и в режиме измерения магнитной проницаемости измеряемой среды. Первый режим измерения соответствует исходному положению коммутационного устройства, изображенному на чертеже. Второй режим соответствует положению коммутационного устройства, переключенному относительно исходного.

В первом режиме схема соединений индукционных катушек соответствует их последовательному включению к источнику тока питания. Вследствие протекания переменного тока по виткам обоих индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается переменное 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. Разность потенциалов между электродами U определяется выражением (1).

В режиме измерения магнитной проницаемости измеряемой среды к источнику тока питания подключена только одна индукционная катушка. При этом вторая индукционная катушка подключена к интегрирующему устройству. В этом режиме измерения вторая индукционная катушка выполняет функции индукционной катушки опорного сигнала. При этом выполняется измерение U_μ согласно выражению (4).

Расход измеряемой среды вычисляется в результате обработки измерений обоих режимов с помощью измерительно-вычислительного устройства по формуле (5).

Преимуществом рассмотренного изобретения является возможность использования первичного преобразователя расхода от расходомера общепромышленного применения без изменения его конструкции. Изменениям подлежат только схема измерения прибора и программное обеспечение.

Источники

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, Л., Машиностроение, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР №1830135 A3, G01F 1/58. Бюллетень изобретений №27, 1993 г.

Электромагнитный расходомер, имеющий трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, магнитопровод, две индукционные катушки, источник питания, измерительно-вычислительное устройство, вход которого подсоединен к электродам, и интегрирующее устройство, причем управляющие цепи измерительно-вычислительного устройства соединены с источником питания и интегрирующим устройством, отличающееся тем, что имеется коммутационное устройство, управляющая цепь которого соединена с измерительно-вычислительным устройством, причем коммутационное устройство имеет два положения коммутации электрических цепей, из которых одно положение соответствует последовательному подключению индукционных катушек к источнику питания, а другое положение соответствует подключению к источнику питания одной из индукционных катушек, при этом вторая индукционная катушка подключена к интегрирующему устройству.