Принцип работы расходомера электромагнитного

Электромагнитный расходомер: принцип работы, устройство, виды

Электромагнитный расходомер: принцип работы, устройство, виды - изображение 1 - изображение 1

Для учета и контроля объема потока жидкости чаще всего применяется электромагнитный расходомер. Этот счетчик был изобретен в конце 40-х годов прошлого столетия и с тех пор активно применяется как в промышленном секторе, так и в быту. За всю свою многолетнюю историю устройство практически не претерпело измерений – сейчас в нем используются те же принципы, что и 77 лет назад.

Закон Фарадея и электродвижущая сила

Работа электромагнитного расходомера основана на фундаментальном законе электродинамики – постулате Фарадея. Он гласит: если проводник движется в электромагнитном поле, то возникает электродвижущая сила, которая пропорциональна скорости движения проводника. Это свойство используется во многих электротехнических устройствах, например в генераторах и электромоторах. Электромагнитный расходомер не стал исключением.

Закон Фарадея и электродвижущая сила - фотография 2 - изображение 2

В качестве проводника электрического тока в счетчике выступает поток какой-либо жидкости или среды. Главное, чтобы ее проводимость была не ниже 10-з см/м. Жидкость, протекая по трубе, которая расположена между постоянными или электрическими магнитами, создает электродвижущую силу. ЭДС заставляет вращаться циферблат, который и показывает точные показания. В устройствах с жидкокристаллическим дисплеем значение ЭДС умножается на переводной коэффициент.

Особенности конструкции счетчиков

Для того чтобы электромагнитный расходомер смог выполнять свои функции, токопроводящий элемент должен быть выполнен из неподверженного намагничиванию материала. Чаще всего в качестве такового используется нержавеющая сталь или пластик. Если используется нержавейка, внутри нее укладывается инертный материал – фторопласт или полиэтилен.

Перпендикулярно трубе размещают магниты, а также два электрода, расположенных на одной линии, которые регистрируют изменение ЭДС. Сигнал, считываемый электродами, проходит через специальный усилитель и регистрируется отсчетной системой.

Особенности конструкции счетчиков - фото 3 - изображение 3

Выделяют два типа счетчиков, которые отличаются источниками магнитного поля. Оно может продуцироваться как постоянными, так и работающими от электричества магнитами. Источник определяет сферу применения и технические характеристики устройств. В свою очередь, магнитное поле может быть постоянным или переменным, что влияет на тип измеряемой жидкости.

Особенности счетчиков с разными магнитами

Электромагнитный расходомер с постоянным магнитом используется там, где нет возможности подключиться к сети переменного тока. И в этом заключается их главное достоинство – абсолютная автономность. Кроме того, отсутствие электронных компонентов упрощает их конструкцию, увеличивает долговечность и надежность.

Особенности счетчиков с разными магнитами - изображение 4 - изображение 4

Электромагнитные счетчики нуждаются в источнике переменного тока. Это, пожалуй, единственных их недостаток. Преимуществ же у устройств намного больше:

  • высокая точность, которая не зависит от температуры жидкости, ее вязкости, плотности;
  • возможность регистрирования показаний вне зависимости от диаметра трубы;
  • высокая скорость считывания показаний;
  • способность измерять расход вязкой, агрессивной среды и жидкости с абразивом.

Кроме того, требуется небольшой прямолинейный участок, чтобы подключить расходомер. Счетчик электромагнитный способен считывать показания как в ламинарном (спокойном), так и в турбулентном (с завихрениями) течении.

Счетчики с постоянным и переменным магнитным полем

Расходомеры с постоянным магнитным полем используются главным образом в металлургии, для регистрации потока расплавленных металлов, а также сред, которые имеют электронную проводимость. Если использовать данные устройства для измерения расхода жидкостей с ионной проводимостью (воды, нефти, молока), то произойдет поляризация электродов, из-за чего прибор просто выйдет из строя.

Типичным представителем счетчиков с переменным магнитным полем является электромагнитный расходомер «Взлет». Он используется во многих сферах деятельности человека, начиная с водоканализационного хозяйства и заканчивая энергосберегающими компаниями.

Счетчики с постоянным и переменным магнитным полем - фотография 5 - изображение 5

Недостатки подобных устройств (ограничения и помехи) возникают из-за возникновения токов смещения и Фуко, появления трансформаторной ЭДС, которая снижает точность измерения. Для решения проблем прибегают к изменению частот электромагнитных полей, а также от переменных источников тока переходят к импульсному питанию.

Сфера применения электромагнитных расходомеров

Электромагнитные счетчики чаще всего применяются там, где необходим учет расхода жидких ресурсов – воды, нефти, пищевых продуктов. Они также применяются в отопительных системах. Промышленные виды устройств используют в рудообогатительном и металлургическом производстве.

В быту наибольшее распространение получил расходомер-счетчик электромагнитный «Взлет». Линейка этих устройств способна удовлетворить потребности как средних и крупных организаций, так и рядового пользователя. Основным преимуществом бытовых установок является простота монтажа и обслуживания.

Электромагнитные расходомеры. Устройство, принцип действия, типы электромагнитных расходомеров.

Сфера применения электромагнитных расходомеров - фото 6 - изображение 6

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10-3 См /м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры, позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10-5См/м. В настоящее время электромагнитные расходомеры это самые распространенные приборы для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм. Что объясняется их следующими положительными чертами:

• показания не зависят от вязкости и плотности среды;

• динамический диапазон достигает 100 и более;

• преобразователи расхода являются безынерционными;

• они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, таким образом, не создают потери давления;

• влияние местных сопротивлений значительно меньше, чем у других расходомеров, поэтому требуемая длина прямых участков для них минимальная;

• электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм;

• электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов.

К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходомеров. Другой недостаток расходомеров — низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех.

Отечественными и зарубежными фирмами выпускается широкий спектр микропроцессорных электромагнитных расходомеров: МР400 (ф. «Взлет»), ИПРЭ-1 (Арзамасский приборостроит. з-д), РМ-5 (ф. «ТБН»), РОСТ 13, ТРЭМ-ПР (з-д «Молния»), ВИС. Т (ф. «Тепловизор»), РСМ-05 (ф. «ТЭМ-прибор»), VA 2305 (ф. Aswega),

Magne W 3000 PLUS (ф. Honeywell), IMT96 (ф. Foxboro), ADMAD (ф. Yokogawa), SITRANS FM (ф. Siemens) и др. Эти приборы помимо цифровых показаний и токового выходного сигнала могут иметь импульсный выход, интерфейсы RS-232, RS-485, а в ряде случаев HART-, BRAIN- и Profibus-протоколы.

I закон Фарадея. Количество вещества, образовавшегося на электроде при электролизе, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему через раствор (расплав) электролита:

Электромагнитные расходомеры. Устройство, принцип действия, типы электромагнитных расходомеров. - изображение 7 - изображение 7

, (8)

28

где k – электрохимический эквивалент, г/Кл или г/А·ч; Q – количество электричества, Кулон, Q =It; t-время, с; I-ток, А; F = 96500 Кл/моль (А·с/моль) = 26,8 А·ч/моль – постоянная Фарадея; Э- эквивалентная масса вещества, г/моль.

В электрохимических реакциях эквивалентная масса вещества определяется:

Электромагнитный расходомер: принцип действия и метрологическая характеристика - фото 8 - изображение 8

. (9)

n –число электронов, участвующих в электродной реакции образования этого вещества.

II закон Фарадея. При прохождении через разные электролиты одного и того же количества электричества массы веществ, выделившихся на электродах, пропорциональны их эквивалентным массам:

Электромагнитный расходомер – принцип действия - фото 9 - изображение 9

, (10)

где m1 и m2 – массы веществ 1 и 2, Э1 и Э2, г/моль – эквивалентные массы веществ 1 и 2.

На практике часто вследствие протекания конкурирующих окислительно-восстановительных процессов на электродах образуется меньше вещества, чем соответствует прошедшему через раствор электричеству.

Для характеристики потерь электричества при электролизе введено понятие «Выход по току». Выходом по току Вт называется выраженное в процентах отношение количества фактически полученного продукта электролиза mфакт. к теоретически рассчитанному mтеор:

Сферы эксплуатации - изображение 10 - изображение 10

3. Массовый расход — масса вещества, которая проходит через заданную площадь поперечного сеченияпотока за единицу времени.

Измеряется в единицах массы за единицу времени, в системе единиц СИ выражается в килограммах засекунду (кг/с). Обычно обозначается или .

Понятие расхода используется для характеристики потоков таких сред, как: газы, жидкости, сыпучие веществаи газопылевые смеси.

Для расчёта расходов используют значения средней скорости потока как усреднённой характеристикиинтенсивности протекания вещества. Средней скоростью потока в данном сечении называется такаяодинаковая для всех точек сечения потока скорость движения вещества, при которой через это сечениепроходит тот же расход, что и при действительном распределении скоростей движения вещества.

Массовый расход может быть вычислена через плотность вещества, площадь сечения потока и среднююскорость потока в этом сечении:

где:

— массовый расход;

ρ — плотность вещества;

V — средняя скорость потока;

S — площадь сечения потока.

Записанная формула для определения массового расхода может быть выражена через объёмный расход:

где:

ρ — плотность вещества;

Q — объёмный расход.

4. Назначение: Весы лабораторные ВЛР-200 предназначены для точного взвешивания веществ при проведении лабораторных анализов.

Описание: Принцип действия лабораторных весов основан на уравновешивании моментов, создаваемых взвешиваемым грузом, отклонением квадранта и встроенными гирями. По конструкции представляют собой двух призменные весы с верхним расположением грузоприемной чашки и полным механическим гиреналожением. Весы имеют специальный механизм для автоматической компенсации негоризонтальности установке, а также делительное устройство, которое позволяет исключить субъективные ошибки при отсчете. Широкий диапазон отсчетной шкалы, наличие механизма компенсации тары, доступность чашки и удобство обслуживания значительно повышают производительность лабораторных весов.

Технические характеристики лабораторных весов ВЛР-200:

Предел взвешивания, г: 200.

Цена деления шкалы, мг: 1.

Цена деления делительного устройства, мг: 0,05.

Поверочная цена деления, мг: 0,5.

Диапазон взвешивания по шкале, мг: 0 ... 100.

Погрешность взвешивания по шкале, мг: ± 0,15.

Погрешность от неравноплечести коромысла, мг: 1.

Погрешность взвешивания при любых включениях встроенных гирь и их комбинациях, мг: ± 0,12.

Погрешность взвешивания, мг:

до 25 г - ± 0,25

25 ... 100 г - ± 0,5

100 ... 200 г - ± 0,75

Время успокоения колебаний коромысла, сек: 25.

Диапазон взвешивания с помощью гиревого механизма, мг: 100 ... 900.

Электропитание: 220V/50Hz.

Габаритные размеры, мм: 405х310х415.

Масса весов, кг: 12.

Билет №20

1. сновные технические характеристики электроусилителя:

  • напряжения питания (номинальное) - 12 В;
  • максимальный компенсирующий момент - 35 Нм;
  • максимальный ток потребления - 50 А;
  • ток потребления (усилие на рулевом колесе приложено, выходной вал усилителя заблокирован) - не более 15 А;
  • масса электроусилителя вместе с рулевой колонкой - 9 кг;

Виды межкаскадных связей.

Для увеличения коэффициента усиления могут приме-

няться многокаскадные усилители. В этом случае между каскадами, а также между входом усилителя и источником сигнала или же между выходом усилителя и нагрузкой могут существовать следующие виды межкаскадных связей.

1) Резисторно-ёмкостная связь.

Резисторно-ёмкостная связь является наиболее широко распространённой в усилителях переменного напряжения.

2) Трансформаторная связь.

Трансформаторная связь позволяет осуществить оптимальное согласование между каскадами

путём подбора коэффициента трансформации трансформатора.

Недостатки:

  • Сравнительно большие габариты и вес трансформаторов.
  • Большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты XL = ω ∙ L, в связи с этим трансформаторная связь применяется на низких частотах и в узком диапазоне.

3) Гальваническая (непосредственная) связь.

Гальваническая связь применяется в УПТ.

Эквивалентная схема усилительного каскада с резисторно - ёмкостными

связями.

Rб - ϶ᴛᴏ Rб′ и Rб″, включённые параллельно, т. к. Rб′ через малое сопротивление Eк можно

считать подключённым на корпус (общий провод).

Со = Свх.сл. + См,

где Свх.сл. - ϶ᴛᴏ ёмкость следующего каскада, а См – ёмкость монтажа.

Анализ эквивалентной схемы на низких, средних и высоких частотах.

Проанализируем эквивалентную схему на низких, средних и высоких частотах. На низких ча-

стотах ёмкостное сопротивление параллельно включённых Cк и Cо будет иметь очень большую величину и на работу схемы влиять не будет. Сэ имеет большую величину, следовательно, ёмкостное сопротивление её будет очень мало. Уже на низких частотах эта ёмкость шунтирует сопротивление Rэ и, значит, на низкой частоте схема усилительного каскада будет иметь вид, изображённый на рисунке:

Разделительные конденсаторы включены последовательно. На НЧ сопротивление их будет ве-

лико, что приводит к уменьшению коэффициента усиления.

На средних частотах сопротивление разделительных конденсаторов уменьшается до такой ве-

личины, что их влияние можно не учитывать. А сопротивление ёмкостей Ск и Co уменьшают-

ся не на столько, чтобы оказывать шунтирующее действие, и в связи с этим их на средних частотах

их также можно не учитывать, в связи с этим на средних частотах эквивалентная схема будет иметь

вид, изображённый на рисунке:

Так как на Ср.Ч ни барьерная ёмкость коллекторного

перехода Ск, ни Со не оказывают влияние на работу усилителя, то коэффициент усиления на

средних частотах будет наибольшим.

На ВЧ разделительные конденсаторы имеют очень малое сопротивление и, так как они вклю-

чены последовательно, они не оказывают влияние на работу схемы усилителя, а ёмкости Ск и

Co, включённые в параллель, шунтируют коллекторный переход транзистора и выход усили-

теля своим малым сопротивлением, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Эк-

вивалентная схема усилителя на высокой частоте изображена на рисунке:

Влияние изменение частоты на коэффициент усиления усилителя показано на рисунке:

Расчёт каскада с общим эмиттером по постоянному и переменному току.

2. Вибрационный сигнализатор уровня – устройство, обеспечивающее выдачу управляющего сигнала «мокрый-сухой» в месте установки датчика.

Содержит колебательную систему, обычно в виде камертона, возбуждаемую на резонансной частоте с помощью пьезоэлектрических преобразователей. Резонансная частота колебательной системы зависит от глубины погружения камертона в жидкость. Девиация частоты отслеживается микропроцессором, который формирует управляющий сигнал на твердотельное реле с последующим включением/выключением исполнительных механизмов.

В отличие от аналогов, использующих другие физические принципы, вибрационный сигнализатор уровня нечувствителен к проводимости или диэлектрической проницаемости среды, к наличию пены или мусора на её поверхности, а также газовых и твердых включений в её объеме.

Используются для регулирования уровня жидкости в резервуарах, защиты насосов от осушения трубы и перелива нефтепродуктов при погрузке в авто- и железнодорожные цистерны, в системах автоматики заводов по переработке и расфасовке сыпучих веществ.

3.

  • Калибровка электронных приборов
  • Точность 0,01%
  • Напряжение до 60 В, ток до 24 мА
  • Генерация электрических сигналов
  • Измерение и генерация тока 0 … 24 мА
  • HART - совместимый прибор
Калибратор тока UPSIII (IS) – прочный, компактный прибор, управляемый посредством интуитивного многозадачного интерфейса, позволяющий кроме стандартных функций также подавать 24 В питания и в режиме измерения, и в режиме генерации; одновременно проводить измерения в мА и % от ВПИ, конвертировать мА в % расхода и проводить тесты на линейность и регулировку нуля/диапазона.  

Стандартные процедуры: – пошаговое и плавное линейное изменение сигнала - проверка нуля и диапазона. - измерение 60В при диагностике и ремонте приборов с вольтовым выходом. - Hart — совместимость: встроенно нагрузочное сопротивление 235 Ом.

4.Давление в полости статора, давление в полости нагнитания , температура в статоре, уровень заполнения насоса

Электромагнитный расходомер: принцип действия и метрологическая характеристика

Метрологические погрешности - фотография 11 - изображение 11

Электромагнитный расходомер – технологичный прибор, который широко применяется для учета расхода теплоносителя, измерения показателей жидких и газообразных веществ. Несомненными достоинствами подобных систем являются: реализация конструкции с применением минимального количества механических элементов, отсутствие гидродинамического сопротивления, высочайшая точность регистрации показателей.

Электромагнитный расходомер – принцип действия

Поверка электромагнитных расходомеров - изображение 12 - изображение 12

Приборы данной категории оснащены проводниками, в которых, благодаря пересечению магнитного поля с силовыми линиями, вырабатывается электродвижущая сила. Образующееся в проводнике направление тока перпендикулярно направлению магнитного поля. Указанная закономерность в полной мере раскрыта в так называемом законе Фарадея, который объясняет принцип электромагнитной индукции.

При замене проводника потоком жидкости, проводящей электричество, получают принципиальную схему, согласно которой, собственно, и действует электромагнитный расходомер. Такие приборы могут оснащаться постоянными либо электрическими магнитами, что питаются от переменного тока.

В измерительной области расходомера размещается труба, изготовленная из немагнитного непроводящего материала. Часто указанная зона оснащается изоляционными вставками из инертного пластика. Применение таких элементов способствует получению максимально точных показаний в процессе измерения характеристик рабочей среды.

Сферы эксплуатации

Типы расходомеров - изображение 13 - изображение 13

В каких областях применяют электромагнитный расходомер? Наибольшее распространение подобные устройства получили в сфере учета энергетических и водных ресурсов. В частности, используют такие приборы при обустройстве отопительных систем.

В настоящее время электромагнитный расходомер широко применяют в биохимической, металлургической, пищевой промышленности. К использованию приборов данной категории прибегают строительные организации, рудообогатительные предприятия, медицинские учреждения.

Электромагнитный расходомер незаменим при организации систем автоматического регулирования потоков рабочих сред, где главную роль играет степень запаздывания измерения показателей. Применяют прибор при отслеживании быстро изменяющихся расходов жидких и газообразных веществ.

Метрологические погрешности

Тепловые расходомеры - изображение 14 - изображение 14

Как показывает многолетняя практика эксплуатации измерительных приборов с постоянным магнитным полем, их погрешность в среднем составляет порядка 1–2,5%. Указанный минус становится ощутимым при измерении показателей слабопульсирующих сред. В данном случае нередко возникают дополнительные погрешности, причиной которых выступает поляризация электродов, что отражается на изменении сопротивления преобразователя устройства.

Снижению процента метрологических погрешностей в расходомерах с постоянным магнитным полем способствует реализация в конструкции каломелиевых и угольных электродов либо проводников с платиновым и танталовым покрытием.

Что касается приборов с переменным магнитным полем, здесь полностью отсутствует поляризация электродов, что может привести к возникновению погрешностей в показателях. Однако в таких устройствах действуют прочие эффекты, которые искажают сигнал:

  1. Трансформаторный эффект – при прохождении жидкости по проводникам, которые образуют витки, соединительная проводка и электроды образуют трансформаторную электродвижущую силу. Для компенсации указанного действия в измерительную схему расходомеров с переменным магнитным полем вводятся магниты с постоянным переключаемым током либо компенсирующие цепи.
  2. Емкостный эффект – возникает по причине существенной разности потенциалов между соединительной проводкой и системой, отвечающей за образование магнитного поля. Погрешности в данном случае компенсируются за счет тщательной экранировки элементов системы.

Поверка электромагнитных расходомеров

Ультразвуковые расходомеры - изображение 15 - изображение 15

Каким образом выполняется поверка электромагнитных расходомеров? Наиболее высокоточным методом здесь выступает статическое взвешивание (массовый способ). Для его реализации применяют образцовые весы и запорный клапан, что функционирует в режиме «старт-стоп».

В ходе работ чистая масса рабочей жидкости определяется согласно измерению веса емкости до и после ее заполнения при прохождении среды через расходомер в течение определенного временного отрезка.

Достоинствами метода поверки выступает:

  • точность измерения показателей нормированного потока;
  • возможность соотношения результатов с величинами, соответствующими государственным эталонам;
  • возможность проведения поверки расходомера, который работает с горячими жидкостями;
  • автоматизация процесса.

Типы расходомеров

Помимо электромагнитных расходомеров, существует широчайшее разнообразие прочих приборов для измерения характеристик рабочих сред, проходящих по трубопроводам. В настоящее время исходя из принципа действия выделяют следующие группы устройств:

  • тепловые;
  • ультразвуковые;
  • вихревые;
  • кориолисовские;
  • механические;
  • микрорасходомеры.

Далее вкратце рассмотрим особенности электромагнитных расходомеров каждого типа.

Тепловые расходомеры

Вихревые расходомеры - фотография 16 - изображение 16

Принцип функционирования основывается на локальном изменении свойств рабочей жидкости, например, температуры в потоке с последующим измерением показателей на удаленном участке от места воздействия. Указанный способ способствует вычислению средней скорости движения вещества по проводящим путям.

Подобным образом могут подвергаться изменению прочие характеристики вещества, к примеру, химический состав. Впрочем, в большинстве случаев такой подход является недопустимым, чаще всего при необходимости эксплуатации расходомеров в медицинских учреждениях.

Ультразвуковые расходомеры

Функционирование приборов данного типа построено на способности звуковых волн к распространению в подвижной среде. Благодаря определению источника возникновения ультразвука и его приемника, можно судить о скорости потока рабочей среды согласно показателям перемещения волны на определенном отрезке.

Вихревые расходомеры

В приборах данного плана главным функциональным элементом выступает шаровидная либо дискообразная мишень. Деталь фиксируется на неподвижно закрепленном эластичном тросе. При прохождении через систему поток рабочей среды воздействует на мишень, что приводит к ее смещению. Это, в свою очередь, вызывает деформацию троса, изменения на котором фиксируются специальными тензодатчиками. Полученная информация способствует формированию суждений, касательно направления и скорости потока вещества.

Кориолисовые расходомеры

Конструктивно такие приборы состоят из трубки, что подвергается воздействию вибраций, которые исходят от внешнего генератора. При отсутствии жидкости в системе, колебания вызывают одновременное ускорение всех участков трубки. По мере прохождения через нее жидкости в действие вступает так называемая кориолисовая сила, что направлена в противоположные стороны для входного и выходного потока вещества. Это приводит к смещению фазы вибрации проводящей трубки и дает возможность фиксировать необходимые показатели.

Микрорасходомеры

Кориолисовые расходомеры - фотография 17 - изображение 17

К данной категории измерительных устройств относятся расходомеры, которые отличаются миниатюрным исполнением. Габариты того или иного прибора обусловлены сферой его применения. Такие устройства удовлетворяют потребности медицинских учреждений и предприятий по производству химической продукции.

Согласно принципу действия, каждое миниатюрное приспособление представляет собой обычный расходомер - счетчик электромагнитный. Однако благодаря возможности эксплуатации в стесненных условиях стоимость подобных приборов на порядок выше.

Механические расходомеры

В указанную группу входят устройства, конструктивно лишенные электронных элементов. Скорость потока здесь измеряется благодаря воздействию среды на механические турбины.

Несмотря на доступную стоимость таких расходомеров, их точность оставляет желать лучшего. Другим недостатком выступает применение подвижных частей, что могут стать препятствием на пути движения газообразных либо жидких веществ. Впрочем, несмотря на указанный минус, механические расходомеры находят широчайшее применение в бытовых условиях при необходимости учета расхода воды.

Электромагнитные расходомеры – распространенные модели

Микрорасходомеры - изображение 18 - изображение 18

Давайте рассмотрим востребованные электромагнитные расходомеры, которые пользуются наибольшим спросом на отечественном рынке.

Расходомер электромагнитный «ПРЭМ» предназначен для измерения объема и расхода электропроводных жидких веществ. Показания выводятся на внешние, удобные для регистрации пользователем устройства. Такие приборы подходят для эксплуатации в условиях крупных промышленных комплексов, применяются для обслуживания объектов жилищно-коммунального хозяйства (в составе систем учета расхода воды и тепловой энергии).

Расходомер электромагнитный Promag подходит для регистрации показателей рабочих сред с высокой температурой. Представляет собой сложное функциональное электронное устройство. Используется преимущественно в составе модульных конструкций при реализации высокотехнологичных процессов в промышленных сферах.

«Питерфлоу» – электромагнитный расходомер, предназначенный для учета объема и объемного расхода жидкостей, перемещаемых по трубопроводу. Устройства данной марки востребованы в сфере теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства, в промышленности. Отличительными особенностями таких измерительных приборов выступает: размещение электронной оснастки в отдельном, хорошо защищенном корпусе, наличие защиты против несанкционированного доступа, реализация удобных графических дисплеев с подсветкой.

Электромагнитный расходомер «ЭРСВ ВЗЛЕТ» в настоящее время выступает наиболее распространенным прибором учета на объектах жилищно-коммунального хозяйства. Применим для регистрации объемного расхода как холодной, так и горячей воды.

Расходомер электромагнитный «ВЗЛЕТ» отличается отсутствием потерь давления на измеряемых участках трубопровода, не нуждается в установке дополнительных фильтров. Информация о показателях может выводиться на частотный, импульсный либо логический выход, в зависимости от потребностей пользователя. Расходомер «ВЗЛЕТ ЭР» электромагнитный обладает функцией контроля над опустошением трубопровода. Единственным сравнительным недостатком таких систем выступает необходимость монтажа на прямолинейных участках.

В заключение

Как видно, электромагнитный расходомер выступает чрезвычайно точным, функциональным измерительным устройством. Первичные преобразователи таких устройств не содержат выступающих внутрь трубопровода элементов, фактурных частей и сужений профиля. Указанные особенности обеспечивают минимальные погрешности в показаниях. Помимо прочего, электромагнитные устройства позволяют производить очистку и обслуживание трубопроводов без демонтажа элементов системы.

Принцип работы и особенности электромагнитных счетчиков - расходомеров молока

Механические расходомеры - фотография 19 - изображение 19

Индукционные электромагнитные расходомеры применяются с 40-х годов прошлого века. Многочисленные достоинства этих приборов стали причиной того, что, на сегодняшний день, они распространены в разных отраслях, в том числе, в пищевой промышленности. На трубопроводах с ДУ менее 300 мм это самые популярные устройства. Их используют как счетчики молока, воды, пива, кислот, щелочей, солевых растворов и других жидкостей. Такие приборы хороши тем, что, по сравнению с аппаратами других типов, они малоинерционны. Они незаменимы при учете быстроменяющихся расходов жидкости, а также на тех участках автоматического регулирования процессов, где запаздывание команд нежелательно.

Теоретические основы метода электромагнитной индукции

В основе принципа действия расходомеров данного типа лежит закон электромагнитной индукции, сформулированный Фарадеем. Если проводник перемещается в магнитном поле, то в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС). Указанный постулат гласит, что величина ЭДС будет пропорциональна скорости движения проводника.

Электромагнитные расходомеры – распространенные модели - фотография 20 - изображение 20

Рис. 1

Объемный расход рабочей среды, прошедшей через счетчик, равен произведению площади сечения трубы, выраженному в квадратных метрах, на скорость потока, в метрах за секунду. Поскольку первый множитель – величина известная и постоянная, то, для определения объема, достаточно узнать только скорость. Для этого необходимо вычислить наведенную в рабочей среде ЭДС, поскольку жидкость в данной системе является тем самым проводником, который перемещается в магнитном поле установленного на трубопроводе первичного преобразователя (рис. 1).

Исходя из сказанного выше, внутренняя поверхность расходомера, контактирующая с рабочей средой, должна иметь диэлектрическое покрытие. А сама жидкость обязана быть с электропроводностью не менее 0,001 См/м, что приблизительно равно значению этого параметра для водопроводной воды. Специальные модели расходомеров работают при нижнем пределе 10-5 См/м.

Расход жидкости можно измерять с применением, как постоянного, так и переменного магнитного поля. У каждой технологии есть свои достоинства и недостатки.

Постоянное магнитное поле

В заключение - фото 21 - изображение 21

Рис. 2

На рисунке 2 изображена принципиальная схема электромагнитного счетчика, работающего с использованием постоянного магнитного поля. Основными узлами прибора являются первичный преобразователь расхода (ПЭПР), измерительный усилитель (ИУ) и вторичный измерительный прибор (ИП). Корпус представляет собой трубу 1. Присоединение к трубопроводу – фланцевое (на рисунке не показано), материал – немагнитный. С внешней стороны располагается постоянный магнит NS. Его силовые линии направлены перпендикулярно потоку жидкости. Для съема наведенной в рабочей среде ЭДС, в стенку корпуса заподлицо вмонтированы диаметрально расположенные электроды 2 и 3.

Ионы, находящиеся в жидкости, под действием магнитного поля перемещаются к электродам. Достигнув их, ионы «отдают» электродам свои заряды, в результате чего в цепи с электродами наводится ЭДС (т.е., возникает электрический ток), которую, после ее усиления, регистрирует вторичный измерительный прибор.

Электропроводимость материала, из которого сделана труба, должна быть намного меньше того же параметра жидкости. Иначе стенка начнет шунтировать выходную ЭДС. Если корпус делается из немагнитной стали, то его внутренняя поверхность защищается изолирующей футеровкой. На электродах также ставится изоляция, предотвращающая их контакт с трубой.

Направление возникающей в рабочей среде ЭДС определяется по правилу правой руки. Если поток движется перпендикулярно силовым линиям, то наведенная ЭДС, которую снимают электроды 2 и 3, будет равна:

Е = Vc * D * B,

Где Vc – средняя скорость потока (м/с),

D – расстояние между электродами (м), равное проходному диаметру,

B – магнитная индукция (Т).

Поскольку между скоростью движения жидкости и объемным расходом существует зависимость:

Q = (π * D2 * Vc ) / 4,

То уравнение для ЭДС записывается в следующем виде:

Е = (4B * Q) / (π * D).

Из последней формулы можно сделать вывод, что ЭДС, наведенная в жидкости, прямо пропорциональна расходу.

Принцип работы и особенности электромагнитных счетчиков - расходомеров молока - фото 22 - изображение 22

Рис. 3

Если рассмотреть поперечное сечение потока рабочей среды, то вклад его различных точек в создание определенной разности потенциалов на электродах, будет неодинаковым. Численно он описывается весовой функцией W, изолинии которой наглядно показаны на рис. 3.

ПЭПР с постоянными магнитами хороши тем, что в данном случае проще устранить помехи, создаваемые внешними переменными силовыми полями. В источнике питания нет необходимости, а быстродействие – более высокое, чем у аппаратов, использующих переменное магнитное поле. У последних скорость срабатывания ограничена частотой силового поля.

Среди основных недостатков – поляризация электродов, в результате чего на границе контакта с жидкостью возникает двойной слой зарядов. По мере их накопления, возникает ЭДС поляризации, направленная в сторону, противоположную измеряемой ЭДС жидкости, которая индуктируется магнитным полем. Это нарушает градуировку, в результате чего прибор, даже через короткое время, перестает давать точные показания. Использование графитовых, платиновых и других неполяризующихся электродов снижает неблагоприятный эффект, но не устраняет его совсем.

Еще одним недостатком электромагнитных расходомеров данного типа является сложность увеличения напряжения постоянного тока. Особенно это сказывается при значительном внутреннем сопротивлении ПЭПР. Невозможность полностью устранить влияние электрохимических процессов привела к тому, что счетчики с постоянными магнитами не получили в промышленности большого распространения. Их применяют только для измерения расхода пульсирующих потоков рабочей среды или для жидких металлов (натрий и др.). А также при очень коротких по времени измерениях, когда электроды просто не успевают поляризоваться.

Переменное магнитное поле

Теоретические основы метода электромагнитной индукции - фото 23 - изображение 23

Рис. 4

При использовании переменного магнитного поля, влияние электрохимических процессов на работу измерительного прибора оказывается намного меньшим. При достаточно большой частоте, поляризация практически отсутствует. Поэтому в настоящее время в промышленности используются электромагнитные расходомеры данного типа. Принципиальная схема такого счетчика представлена на рис. 4.

Здесь переменное магнитное поле ПЭПР создается электромагнитом 4. Обозначения 1, 2 и 3 аналогичны предыдущей схеме. Rн – внешняя нагрузка, R - реостат. УП – промежуточный усилитель-преобразователь для измерения ЭДС, с постоянным током на выходе до 5 мА.

Современные приборы работают по тому же принципу, конструктивные изменения вносятся лишь благодаря применению более совершенных электронных блоков (рис. 5). При создании в электромагнитном расходомере силового поля, изменяющегося с частотой ω, для трубы круглого сечения ЭДС находится по формуле

Е = Bmax * D * Vср * sin ωt

Если выразить среднюю скорость жидкости через ее объемный расход, то

Е = (4Q/(π * D)) Bmax * sin ωt

В этом выражении t – время, Bmax = B / sin ωt - амплитуда магнитной индукции, ω = π * t - круговая частота.

Устройство расходомеров - изображение 24 - изображение 24

Рис. 5

Важным преимуществом современных электромагнитных счетчиков является то, что в них, для создания более мощного сигнала, снятого с преобразователя, применяются электронные усилители. Эти приборы делаются с большим входным сопротивлением. По указанной причине, если параметры жидкости меняются, то изменение сопротивления преобразователя не оказывает влияния на точность показаний прибора.

На погрешность измерений, проводимых с помощью устройства с переменным силовым полем, влияют, прежде всего, три типа помех: емкостные (от переменного тока электромагнита), паразитные (от внешних линий) и трансформаторные (индукционные, созданные магнитным полем преобразователя). Первые и вторые устраняют экранированием расходомера.

Трансформаторная ЭДС

Провода, идущие от электродов, замкнуты в измерительном блоке. Жидкость между электродами проводит электрический ток. В результате получается контур. Переменное магнитное поле возбуждает в нем индукционную ЭДС, аналогично тому, как это происходит в трансформаторной обмотке. От скорости движения рабочей среды или ее расхода этот параметр не зависит. Численно он равен

Етр = -к * ω * Вmax * cos ωt

Где к – постоянный коэффициент.

Расходомер РП - фотография 25 - изображение 25

Рис. 6

Трансформаторная ЭДС по фазе сдвинута относительно «рабочего» сигнала на 90 град. Если частоту тока, питающего электромагнит, понизить до 10 Гц, то помехи от этой ЭДС станут минимальными до такой степени, что ими можно будет пренебречь. Но конструкция расходомера в данном случае окажется чересчур сложной. Поэтому промышленные счетчики работают на частоте 50 Гц.

Отрицательное влияние трансформаторной ЭДС устраняют разными способами. Один из них показан на рис. 6. Два индукционных преобразователя, каждый из которых оборудован собственным магнитом, включаются в сеть так, чтобы направление их силовых полей было противоположным, одно относительно другого. При этом возникают дополнительные ЭДС самоиндукции. По фазе и величине они равны, но направлены в разные стороны, поэтому в первичной трансформаторной обмотке они взаимно уничтожаются.

Электромагнитные расходомеры - изображение 26 - изображение 26

Рис. 7

В другом случае (рис. 7), чтобы компенсировать индукционную ЭДС, применяют делитель напряжения и фазовращатель, в одно из плеч которого включен переменный резистор. Его сопротивление изменяют до тех пор, пока фаза напряжения на делителе не совпадет с фазой трансформаторной ЭДС. Напряжение на делителе противоположно по направлению индукционной ЭДС, а по фазе и величине – равно ей. Результат – аналогичный, мешающая измерениям ЭДС устраняется.

Питание электромагнитов

Магнитная система расходомера состоит из магнитопровода и электромагнитов-индукторов. Ее конструкция основана на одном из двух принципов. Первый предусматривает обеспечение наибольшей однородности силового поля. Второй нацелен на создание поля, которое бы выполняло условие B*W = const и компенсировало неодинаковые значения весовой функции. Для создания промышленных приборов используется, в основном, второй принцип, так как в данном случае на расходомер меньше влияют искажения профиля потока. Кроме того, прямые участки до и после счетчика, а также длина измерительной трубы, допускаются меньших размеров, металлоемкость аппарата снижается.

Питание индукторов может быть разным. Постоянный ток (DC) практически не используется по причинам, описанным выше. Переменный ток (АС) устраняет поляризацию электродов, но появляются другие проблемы, приходится убирать трансформаторную ЭДС. Такие счетчики применяются ограниченно.

Электромагнитные расходомеры - изображение 27 - изображение 27

Рис. 8

В настоящее время наибольшее распространение получили расходомеры, в которых на обмотки электромагнитов подаются переменнополярные импульсы постоянного тока (рис. 8) частотой от 3 до 8 Гц. Разность потенциалов меняется в определенные временные интервалы. То есть, по сути, на магнит подается постоянный ток, полярность которого периодически переключается. Силовое поле в эти моменты стабильно, так же, как и магнитный поток по контуру. Воздействие трансформаторной ЭДС на «рабочий» сигнал обнуляется. Важно и то, что измерительный блок счетчика вычисляет напряжение на электродах постоянно, даже если ток отсутствует. Таким образом, корректировка нуля выполняется автоматически.

В некоторых случаях питание электромагнитов осуществляется токами двойной частоты 6,25 Гц и 75 Гц. Есть модели, в которых ЭДС поляризации устраняется с помощью подачи на обмотки пульсирующего однополярного тока (рис. 9).

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 28 - изображение 28

Рис. 9

Поскольку поляризация электродов является более инертным процессом, чем движение импульсного тока, то в момент t0 на них присутствует некоторый заряд. В момент t1 начинается подача импульса. В момент t2 микропроцессор фиксирует суммарное напряжение, равное по времени сумме значений в моменты t0 и t2 . Путем определения разности данных напряжений, находится информативный сигнал. Его величина пропорциональна ЭДС жидкости. Поступление тока прекращается в момент t3 .

Устройство расходомеров

Промышленный электромагнитный счетчик состоит из первичного преобразователя расхода (ППР), который создает магнитное поле. За счет этого в жидкости наводится ЭДС, воспринимаемая электродами. С преобразователя сигнал поступает в измерительный блок, где он усиливается и унифицируется. Последний фактор дает возможность использовать разные вторичные контрольные приборы. Также в расходомере присутствует контур, снижающий влияние трансформаторной ЭДС.

Зона измерения счетчика, то есть, длина «его» трубы, равна 2,5 диаметра. Она должна быть из немагнитного, не проводящего ток материала. На практике данный элемент делают из нержавейки, с футеровкой (внутренней вставкой) из полиэтилена или фторопласта (PTFE, PFA). Чтобы на участке измерения турбулентность потока была минимальной, рекомендуется выбирать для монтажа расходомера прямолинейную магистральную трубу с постоянным сечением, длиной от 5 до 10 диаметров, как до прибора, так и после.

Величина напряжения тока, возникающего в рабочей среде под влиянием силового поля, очень мала, порядка микро- или милливольт. Поэтому главной задачей является решение вопроса о выделении поступающего с электродов полезного сигнала и его обработке. Последняя выполняется в вычислительном узле. В него входят такие элементы, как усилитель входящего тока, компенсационные схемы и система формирования стандартных сигналов на выходе. Если, из-за отрицательного воздействия внешней среды или высокой температуры жидкости, вычислительный узел и ППР нельзя скомпоновать в одном блоке, то узел монтируют отдельно. Для связи берется специальным образом экранированный кабель, с ограничением по длине.

Электроды могут быть контактные и бесконтактные. Первые в стандартном исполнении делаются из платины, титана, тантала, хастелоя. В некоторых случаях, их надо периодически чистить специальными устройствами. На больших ДУ, электроды можно снимать для профилактики без разбора ППР. Есть модели, в которых для этого применяют ультразвук или высокое напряжение. Чтобы на электродах не появлялись осадочные отложения, рекомендуется монтировать их на вертикальных трубах с восходящим потоком жидкости. Особенно это актуально при малых скоростях рабочей среды и наличии в ней взвешенных или растворенных частиц, способных выпасть в осадок. (Здесь необходимо заметить, что в инструкции к электромагнитному расходомеру РМ-5-П, как и ко многим другим, прописано требование монтажа счетчиков только на горизонтальных трубах).

Бесконтактные электроды (емкостные) делаются в виде пластин, которые ставятся снаружи на футеровочную вставку (последняя в этом случае часто выполняется из керамики). Благодаря такому расположению, они образуют конденсатор. Заряды в жидкости, разделенные силовым полем, индуцируют в данном конденсаторе ЭДС. Пластины и идущие от них провода экранируются в несколько слоев, чтобы исключить влияние на них сторонних силовых полей. Такие счетчики могут работать с жидкостями с электропроводностью до 0,05 мкСм / м.

Расходомер РП

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 29 - изображение 29

Рис. 10

Одним из популярных электромагнитных расходомеров является модель РП. Он выпускается в различных модификациях. На рис. 10 представлена структурная схема.

Равномерно по окружности трубы, с ориентировкой по радиусу, располагаются преобразователи скорости ПС. Они связаны с измерительными блоками ИБ, которые образуют первичный преобразователь скорости ППС. Каждый из трех комплектов формирует измеритель скорости ИС. Сигналы с трех преобразователей поступают в измерительно-вычислительный блок ИВБ-1П. Счетчик может работать на трубопроводах с ДУ до 5000 мм. Точность измерений составляет плюс-минус 1,5 – 2 %. Счетчик РП с одним преобразователем дает показания с точностью плюс-минус 2 – 3 %. Для установки ПС на трубу используются шлюзовые камеры, благодаря чему преобразователи скорости можно извлекать без перекрытия потока рабочей среды.

Для пищевой промышленности выпускаются расходомеры молока модели РП (рис. 11). Модификации рассчитаны на ДУ 25, 32 и 50 мм. Эти устройства предназначены для измерения расхода жидких продуктов с электропроводимостью от 0,001 до 10 См / м. Они применяются, как самостоятельно, так и в составе узлов учета УУМ-25/32/50.

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 30 - изображение 30

Рис. 11

РП обеспечивает:

  • Определение объемного расхода рабочей среды, как разового, так и суммарного.

  • Ввод в память электронного блока значения плотности измеряемой жидкости.

  • Вычисление массового расхода, который соответствует объемному.

  • Отображение значений на ЖК дисплее.

Если трубопровод не заполнен жидкостью, расходомер автоматически отключается. Гидравлическое сопротивление отсутствует, энергопотребление низкое (до 10 Вт). Опционально прибор комплектуется преобразователем давления и термопреобразователем.

РП отличается большой точностью измерений и широким динамическим диапазоном (Gmax/Gmin = 50/1). Для этого прибора не требуются большие прямолинейные участки трубы до и после счетчика, достаточно длины от трех до пяти диаметров. Есть функция дозирования. Интерфейс RS-485 позволяет передавать сведения на ЭВМ, расположенную на удалении до 1 км., и объединять в сеть до нескольких десятков приборов.

Технические требования к счетчикам данного типа регламентирует ГОСТ 28723-90.

Электромагнитные молокомеры – это современные учетные приборы, использование которых в пищевой промышленности позволяет получить точные данные расхода и оперативно управлять исполнительными устройствами.

 

 

 

Электромагнитные расходомеры

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 31 - изображение 31

Среди известных и широко применяемых методов измерения расхода жидкостей в химической промышленности большое внимание заслуживает электромагнитный метод измерения.

Принцип работы прибора с электромагнитным преобразователем расхода основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Согласно закону Фарадея, в движущемся проводнике (например, жидкости) перпендикулярно силовым линиям магнитного поля наводится электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости движения проводника:

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 32 - изображение 32

где Е — индуцируемая (наводимая) в проводнике ЭДС, В; В — магнитная индукция, Т;

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 33 - изображение 33

— длина проводника, м;

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 34 - изображение 34

— скорость движения проводника, м/с.

В случае измерения расхода жидкости запишем:

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 35 - изображение 35

где D — внутренний диаметр трубопровода (расстояние между электродами), м;

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 36 - изображение 36

— средняя скорость протекания жидкости через поперечное сечение трубопровода в зоне наводимой ЭДС, м/с. Объемный расход жидкости

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 37 - изображение 37

определяем по формуле:

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 38 - изображение 38

где А — поперечное сечение трубопровода, м2.

Подставив значение

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 39 - изображение 39

в уравнение, получим:

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 40 - изображение 40

или

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 41 - изображение 41

где

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 42 - изображение 42

Полученное выражение показывает, что значение выходной ЭДС прямо пропорционально значению объемного расхода жидкости.

Итак, электромагнитный расходомер является по существу генератором, в котором проводником, перемешающимся в магнитном поле, служит электропроводная жидкость (коэффициент проводимости жидкости должен быть не менее

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 43 - изображение 43

См/м).

Принципиальная схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем приведена на рис. 90. Трубопровод / с перемещающейся в нем жидкостью помещают в магнитное поле. Трубопровод изготовляют из изоляционного материала (фторопласт, эбонит и т. п. в зависимости от свойств измеряемой жидкости). При необходимости трубопровод изготавливают из немагнитного металла (например, из немагнитной нержавеющей стали с большим удельным сопротивлением). В этом случае внутреннюю поверхность металлической трубы изолируют от жидкости специальным изоляционным материалом.

В стенки трубопровода диаметрально противоположно в одном поперечном сечении вводят электроды 2, 3 («заподлицо» с внутренним диаметром трубопровода), изготовленные из нержавеющей стали. Электроды для съема выходной ЭДС тоже должны быть электрически изолированы от металлической трубы. К электродам подключают высокочувствительный измерительный прибор 6(например, потенциометр).

Основным недостатком первичных электромагнитных преобразователей расхода с постоянным магнитным полем является поляризация электродов, характеризуемая появлением двойного слоя зарядов на границе электрод—жидкость. По мере накопления этих зарядов возникает ЭДС, направленная против основной измеряемой выходной ЭДС. Появление двойного электрического слоя, а следовательно, и противоэлектродвижущей силы нарушает стабильную работу измерительного блока. Чтобы уменьшить вредное воздействие поляризации электродов на полезный сигнал преобразователя расхода, постоянное магнитное поле заменяют на переменное.

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 44 - изображение 44

Рис. 90. Схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем: / — трубопровод; 2, 3 — электроды; 4 — постоянный электромагнит; 5 — усилитель; 6 — измерительный прибор

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 45 - изображение 45

Рис. 91. Схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем: / — трубопровод; 2, 3 — электроды; 4 — переменный электромагнит; 5— промежуточный измерительный усилитель-преобразователь с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0...5 мА; 6 — измерительный прибор

Принципиальная схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем приведена на рис. 91. Требования, предъявляемые к материалам для изготовления трубы / и электродов 2 и 3 преобразователя расхода с переменным магнитным полем, аналогичны перечисленным выше требованиям к преобразователям расхода с постоянным магнитным полем.

Комплект общепромышленного электромагнитного расходомера состоит из электромагнитного преобразователя расхода (конструктивно преобразователь состоит из трубы и постоянного или переменного электромагнита) и измерительного блока (например, потенциометра или милливольтметра).

Достоинства электромагнитных преобразователей расхода: они не имеют движущихся частей, имеют минимальные потери давления. Практически безынерционны (по динамическим свойствам они могут быть представлены статическим звеном нулевого порядка), что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов, а также при их использовании в АСУ. Показания расходомера не зависят от свойств измеряемой жидкости (вязкости, плотности) и от характера потока (ламинарный, турбулентный). Поскольку зависимость наводимой ЭДС от расхода линейна, шкала измерительного прибора линейна.

Электромагнитные расходомеры обеспечивают измерение расхода в диапазоне от 1 м3/ч до 2500 м3/ч и более в трубопроводах с внутренним диаметром от 10 мм до 300 мм при средней линейной скорости движения жидкости

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 46 - изображение 46

от 0,6 м/с до 10 м/с и рассчитаны на максимальное избыточное давление до 1 ...2,5 МПа.

В зависимости от типа покрытия внутренней поверхности трубы преобразователя расхода электромагнитные расходомеры могут применяться для измерения расхода различных электропроводных жидкостей (абразивных жидкостей, суспензий, кислот, пульп и т. д.), имеющих температуру от —40 °С до +150 °С.

Электромагнитные расходомеры

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 47 - изображение 47

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 48 - изображение 48

Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется эдс, пропорциональная скорости движения жидкости.

Серийно выпускаемые современные электромагнитные расходомеры рассчитаны для измерения расхода жидкости с электропроводностью не менее 10-3 См/м, что соответствует электропроводности воды. Производятся и специальные расходомеры, способные измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10-5 См/м.

На рис. 3.32 представлена принципиальная схема электромагнитного расходомера.

Корпус 1 преобразователя расхода выполняется из немагнитного материала и покрывается изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, фторопластом), располагаемой по окружности трубы. Корпус преобразователя размещается между полюсами магнита (на рис. 3.32, а – это постоянный магнит). Через стенки трубы, электроизолированно от нее, по диаметру строго перпендикулярно оси магнита вводятся электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью.

По закону электромагнитной индукции, при осесимметричном профиле скоростей в жидкости, между электродами 3 будет наводиться эдс:

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 49 - изображение 49

,

где В – индукция магнитного поля;

D – длина жидкостного проводника, равная расстоянию между электродами или диаметру измерительного участка;

V – средняя скорость жидкости.

Учитывая, что средняя скорость потока связана с объемным расходом соотношением

Принцип работы расходомера электромагнитного - фотография 50 - изображение 50

,

получаем

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 51 - изображение 51

.

Из этого выражения следует, что индуцируемая эдс прямо пропорциональна измеряемому объемному расходу.

Измерение эдс осуществляется измерительным прибором (ИП)(рис. 3.32, а), к которому предъявляются жесткие требования по значению его входного сопротивления R0.

Для обеспечения малого влияния внутреннего сопротивления преобразователя Rп необходимо соблюдение следующего соотношения

Принцип работы расходомера электромагнитного - изображение 52 - изображение 52

.

Применение постоянных магнитов в расходомерах данного типа позволяет уменьшить помехи от внешних электромагнитных полей, а также увеличить быстродействие приборов.

Основной сложностью использования расходомеров с постоянными магнитами является поляризация электродов. В результате этого на границах электродов создается эдс поляризации, направленная против основной измеряемой эдс, что изменяет во времени градуировочную характеристику прибора и ставит под вопрос стабильность его работы. Поэтому электромагнитные расходомеры с магнитным полем нельзя применять для жидкостей с ионной проводимостью.

Как при турбулентном, так и при ламинарном течении потока показания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе и осесимметричном потоке будут одинаковы. Это основное преимущество расходомеров электромагнитного типа по сравнению со всеми остальными расходомерами. В случае нарушения осевой симметрии потока деформация поля скоростей оказывает паразитное влияние на показания электромагнитных расходомеров.

В качестве примера рассмотрим индукционный расходомер, изображенный на рис. 3.33.

Магнитное поле создается электромагнитом 1, жидкость движется по участку немагнитной (стальХ18Н9Т) трубы 2, эдс снимается двумя электродами Э, помещенными в поток жидкости, значение эдс измеряется в блоке ИБ. Электроды соединены с измерительным блоком, экранированным кабелем. С измерительного блока может быть выдан электрический сигнал постоянного тока 0…5 мА, пропорциональный расходу жидкости, на вторичные приборы: миллиамперметр типа М374, потенциометры ПС, ПСР и другие. Расстояние от места измерения до вторичного прибора должно быть не более 1 км, суммарное сопротивление линии вместе со вторичным прибором не более 2,4 кОм. Немагнитная труба с электродами может быть установлена в любом положении при условии полного ее заполнения контролируемой жидкостью.

Принцип работы расходомера электромагнитного - фото 53 - изображение 53

Рис. 3.33. Индукционный расходомер: 1 – электромагнит; 2 – немагнитная труба

Индукционные расходомеры (например, ИР-11, ИР-51, ИР-61) обычно используют для измерения расходов от 0,32 до 2500 м3/ч в трубопроводах от 10 до 300 мм.

К достоинствам электромагнитных расходомеров необходимо отнести:

· независимость показаний от вязкости и плотности жидкости, расход которой регистрируется;

· возможность применения в трубопроводах любых диаметров;

· отсутствие падения давления на измерительном участке;

· высокое быстродействие расходомеров с постоянным электромагнитом;

· возможность измерения расходов агрессивных, а также с включением абразивных составляющих жидкостей;

· работоспособность при высоких давлениях потока (до 100 МПа);

· высокую точность (0,5…1,0 %) и достаточно широкий диапазон измерений: 1:20 и даже 1:100.

Один из недостатков электромагнитных расходомеров – возможность отложения магнетита (при его присутствии в воде) на внутренней (изолированной) поверхности преобразователя расхода, что приводит к систематической погрешности в измерении расхода.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 195)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты