Электромагнитные расходомеры. Расходомеры данного типа относятся к бесконтактным, т.е

Расходомеры данного типа относятся к бесконтактным, т.е. в них от- сутствует прямой контакт измеряемой среды с узлами прибора. Эти расхо- домеры подразделяются на приборы с электромагнитным преобразовате- лем расхода и приборы с электромагнитными преобразователями скорости потока.

Приборы с электромагнитным преобразователем расхода основаны на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Это взаи- модействие подчиняется закону Фарадея, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.

Принципиальная схема электромагнитного расходомера показана на рис.4.19. Трубопровод 1 с перемещающейся в нем электропроводной жид- костью помещен в магнитное поле, создаваемое двумя катушками индук- тивности (индукторами) 2. В стенки трубопровода диаметрально противо- положно в одном поперечном сечении введены электроды 3 (заподлицо с внутренним диаметром трубы). К электродам подключают какой-либо вы- сокочувствительный измерительный прибор 4, шкала которого градуиро- вана в единицах скорости или единицах расхода.

Трубопровод изготовляют из изоляционного материала, для этой це- ли используют фторопласт, эбонит, резину и другие материалы в зависи- мости от свойств измеряемой жидкости.

 

 

Рис. 4.19. Электромагнитный расходомер:

1 – трубопровод; 2 – катушки индуктивности;

3 – электроды; 4 – измерительный прибор

 

 

Известно, что в движущемся проводнике, пересекающем силовые линии постоянного магнитного поля, индуктируется электродвижущая си- ла, величина которой определяется по формуле:

E = Blv, (4.18) где E - индуктируемая в проводнике ЭДС; В - магнитная индукция; l - длина проводника; v - скорость движения проводника.

В случае измерения расхода жидкости можно записать

E = BDvср. (4.19) где D - внутренний диаметр трубопровода; vcp - средняя скорость протека- ния жидкости через поперечное сечение трубы в зоне индуктируемой ЭДС.

Выразив скорость через объемный расход Q, получим (для трубо-

провода круглого сечения)

E = 4 BQ. (4.20)

π D

Из этой формулы следует, что при однородном магнитном поле ЭДС

прямо пропорциональна объемному расходу.

Следовательно, электромагнитный расходомер является по существу генератором, в котором проводником, перемещающимся в магнитное поле, служит электропроводная жидкость. Проводимость жидкости должна быть не ниже 10-5 - 10-6 См, что соответствует проводимости водопроводной во- ды.

Существенные и основные недостатки электромагнитных расходо- меров с постоянным магнитным полем: возникновение на электродах галь- ванической ЭДС и ЭДС поляризации затрудняют или делают невозмож- ным правильное измерение ЭДС, индуктируемой магнитным полем в дви- жущейся жидкости. Другим недостатком расходомеров с постоянным маг- нитным полем является трудность усиления напряжения постоянного тока. В связи с этим расходомеры с постоянным магнитным полем применяют лишь при измерении расхода жидких металлов, пульсирующих потоков жидкости и при кратковременных измерениях, когда поляризация не успе- вает оказать заметного влияния.

В настоящее время в подавляющем большинстве электромагнитных расходомеров применяют переменное магнитное поле. Если магнитное по- ле изменяется во времени t с частотой f, то для трубопроводов круглого се-

чения ЭДС равна

E = 4 Q B

sinω t, (4.21)

π D max

где Втах = В/( sin ωt) – амплитудное значение магнитной индукции; ω=2π f –

круговая частота.

При переменном магнитном поле электрохимические процессы ока-

зывают меньшее влияние, чем при постоянном.

В современных электромагнитных расходомерах для усиления сиг-

нала, снимаемого с преобразователя, используют электронный усилитель с

большим входным сопротивлением. При этом условии в большинстве слу- чаев изменение сопротивления преобразователя при изменении парамет- ров контролируемой среды не сказывается на показаниях. Это важное пре- имущество электромагнитных расходомеров.

В расходомерах с переменным магнитным полем возникают помехи, как в преобразователе, так и вне его. В основном на погрешность измере- ния влияют помехи: паразитные от внешних цепей; емкостные от перемен- ного тока, питающего электромагнит; индукционные («трансформатор- ные») от магнитного поля преобразователя. Первые две помехи удается устранить экранированием прибора.

Для исключения трансформаторной ЭДС используют различные спо- собы. Один из способов заключается в применении двух индукционных преобразователей (с самостоятельными магнитами), включенных таким образом, что магнитные поля в них направлены в противоположные сто- роны. Дополнительные ЭДС взаимоиндукции при этом (как равные по ве- личине и по фазе, но противоположные по направлению) взаимно уничто- жаются в первичной обмотке выходного трансформатора.

Комплект общепромышленного электромагнитного расходомера (ЭМР) состоит из преобразователя расхода и измерительного блока. Кон- структивно преобразователь включает два узла – трубу и электромагнит. Преобразователь содержит также контур для подавления трансформатор- ной ЭДС.

Электромагнитные расходомеры имеют ряд преимуществ. Прежде всего, они практически безынерционны, что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов и при использовании их в системах авто- матического регулирования. Результат измерения не зависит от наличия взвешенных частиц в жидкости и пузырьков газа.

Измерения в достаточной степени независимы от профиля потока и таких свойств среды, как давление, температура, вязкость, плотность, со- став, электропроводность и загрязнение электродов. В расходомере отсут- ствуют потери давления, отсутствуют движущиеся части.

Вследствие линейной зависимости возникающей ЭДС от расхода шкала вторичного прибора линейна. Электромагнитные расходомеры обеспечивают измерение расхода в интервале 0,002 - 300000 м3/ч и более при трубопроводах с внутренним диаметром от 3 до 3000 мм.