+7 (812) 956-58-87
+7 (812) 907-33-70

Электромагнитные расходомеры

Электромагнитные расходомеры это расходомеры, работающие по принципу взаимодействия протекающей через расходомер жидкости с магнитным полем. В основе процесса лежит закон электромагнитной индукции. Соответственно, измеряемая жидкость должна быть электропроводящей.

 

Рисунок 1. Принципиальная схема электромагнитного расходомера:

1 - трубопровод; 2 - полюса магнита; 3 - электроды для съема ЭДС;

Наиболее часто применяют такие электромагнитные расходомеры, у которых измеряется электродвижущая сила (ЭДС), индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого между полюсами магнита или электромагнита устанавливают участок трубопровода, который изготовлен из немагнитного материала и внутри покрыт неэлектропроводной изоляцией, вводятся два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея. Разность потенциалов на электродах определяется следующим образом:

где В – магнитная индукция; D – расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода; v – средняя скорость; Q0 – объёмный расход жидкости.

Из формулы видно, что измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объёмному расходу жидкости Q0.

В промышленности используются электромагнитные расходомеры с измеряемой ЭДС, индуцируемой в жидкости в процессе пересечения жидкостью магнитного поля. В участок трубы из немагнитного материала, изнутри покрытого неэлектропроводной изоляцией и расположенного между полюсами магнита, устанавливаются два электрода перпендикулярно потоку жидкости направлению расположения силовых линий магнитного поля. При этом вычисляется разность потенциалов на электродах, которая прямо пропорциональна объемному расходу. 
Постоянное магнитное поле применяют для вычисления расхода расплавленных металлов. Переменное магнитное поле применяют для вычисления расхода жидкостей с ионной проводимостью. 

Преимущества электромагнитных расходомеров:
  • точность показаний расхода измеряемого вещества не связана с изменением его вязкости и плотности
  • применимость для труб различного диаметра
  • при установке и эксплуатации не происходит потери давления и требуются меньшие участки прямых труб
  • линейность шкалы
  • быстродействие
  • применимость для вычисления расхода абразивных, агрессивных и вязких жидкостей.

Недостатком электромагнитных расходомеров является их неприменимость для измерения расхода жидкостей-диэлектриков, газа и пара. Применение электромагнитных расходомеров возможно, если удельная электрическая проводимость жидкости больше 10-3 См/м (водопроводная вода, щелочи, кислоты, соки, сиропы, водные растворы, сточные жидкости и т. д). 

Преимущество электромагнитного расходомера заключается в том, что его показания при ассимметричном потоке и одинаковом расходе будут почти аналогичны и при ламинарном, и при турбулентном движении.
Воздействие деформации поля скоростей на показания электромагнитных расходомеров образуется при нарушении осевой симметрии потока. 
Для устранения воздействия деформации потока на показания электромагнитного расходомера необходим прямой участок трубы L >20-22D. При возмущениях потока, обусловленных коленом, длина трубы L достаточна в пределах 5-10D. 

Постоянное магнитное поле 

Преимущества:

  • магнитная система относительно проста
  • измерение расходов, изменяющихся с высокой частотой
  • отсутствие помех
  • измерение расхода веществ с малой электрической проводимостью

Недостатком является поляризация электродов. 
В связи с этим в электромагнитных расходомерах для измерения расхода обычных жидкостей с ионной проводимостью применяют почти всегда переменное, а не постоянное магнитное поле. Последнее вполне уместно для измерения расхода расплавленных металлов, имеющих электронную, а не ионную проводимость. Кроме того, электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем иногда применяют в лабораторной и исследовательской практике при кратковременных измерениях, когда явление поляризации не может достичь заметной величины, и при измерении быстропеременных расходов, измерение которых невозможно при переменном магнитном поле. 

Переменное магнитное поле

При применении в электромагнитных расходомерах переменного магнитного поля имеются ограничения и помехи.

  • Вместе с токами проводимости в преобразователе расхода протекают токи смещения.
  • Емкостное сопротивление между проводами, связывающими преобразователь расхода с измерительным прибором, ограничивает длину L проводов тем больше, чем меньше удельная проводимость жидкости.
  • При переменном магнитном поле наряду с полезным сигналом возникает паразитная, так называемая трансформаторная ЭДС, индуцируемая в контуре площадью S, образованном электродами, выводными проводами и измерительным прибором.
  • Переменное магнитное поле вызывает появление вихревых токов Фуко как в магнитопроводе, так и в стенках трубопровода и в измеряемой жидкости.
  • На измеряемую ЭДС может влиять электрическая емкость между цепью электромагнита и цепью проводов от преобразователя расхода до измерительного прибора. Заземление магнитопровода, электростатическое экранирование электродов и снижение напряжения питания электромагнита способствуют уменьшению этого влияния.
  • Блуждающие токи и внешние электромагнитные поля — возможные источники помех.
  • Изменение напряжения и частоты питания обмотки электромагнита, а также температуры последнего могут вызвать изменение индукции В магнитного поля, а следовательно, и измеряемой ЭДС.
  • Приближение железа магнитной системы преобразователя к насыщению вызывает усиление помех и рассеяния магнитного потока. Поэтому индукция В магнитного поля не должна быть более 0,25-0,3Т.
  • Явление поляризации электродов имеется и при переменном магнитном поле, но во много раз в меньшей степени, чем при постоянном поле. .
  • В электромагнитных расходомерах имеется паразитная ЭДС, обязанная своим происхождением так называемым тепловым шумам ЭДС.
Импульсное магнитное поле низкой частоты

Многочисленные помехи и ограничения, связанные с применением переменного поля в электромагнитных расходомерах, проявляются тем сильнее, чем выше частота поля. Поэтому в большинстве случаев, когда не требуется измерение быстропеременных расходов, целесообразно существенно снижать обычную частоту (50 Гц) магнитного поля. Имеются разработки и реализации расходомеров, работающих на частотах 6,25 (50-8) Гц; 3,125 (50-16) и даже 1,5625 (50-32) Гц. В результате полностью устраняется влияние внешних помех промышленной частоты; существенно снижается влияние собственных индукционных и емкостных помех; практически устраняется влияние вихревых токов, что облегчает создание преобразователей расхода на высокое давление; уменьшается дрейф сигнала и влияние шумов и снижается потребление электроэнергии; появляется возможность отказа от шихтованного магнитопровода; упрощается изготовление за счет исключения экранировки электродов и измерительных цепей. 
Снижение частоты целесообразно сочетать с переходом на импульсное питание электромагнитов от источника постоянного тока. 
Применение операционных усилителей высокой чувствительности и микропроцессорной техники позволило существенно упростить устройство электромагнитных систем. Можно в несколько раз снизить значение выходного сигнала, а значит, применять более слабые магнитные поля. В результате снижена потребляемая мощность, а также масса и габаритные размеры магнитных систем. 

Расходомеры с электромагнитными преобразователями скорости потока. 

Для больших диаметров труб разработаны расходомеры с электромагнитными преобразователями скорости. Они проще и дешевле. С увеличением диаметра трубы эти преимущества усиливаются. Но расходомеры с преобразователями скорости требуют больших прямых участков труб. 

Электромагнитные расходомеры для веществ с малой электропроводностью и особых разновидностей.

Серийно изготовляемые электромагнитные расходомеры пригодны лишь для веществ, удельная электропроводность которых не менее 10-3 См/м. Но уже давно стали разрабатывать расходомеры, пригодные для веществ с меньшей электропроводностью. На этом пути возникает много трудностей. 
Наряду с расходомерами для жидкостей, имеющих малую электрическую проводимость, разрабатываются приборы, предназначенные для особых случаев применения, в частности для измерения расхода с деформированной эпюрой. 
Современные электромагнитные расходомеры характеризуются импульсным питанием низкой частоты электромагнитов и применением микропроцессоров для преобразования сигналов датчиков, что позволило уменьшить энергопотребление и повысить точность измерения расхода. 
Появились новые типы погружных датчиков для труб больших диаметров, а также емкостных, без контакта электродов с измеряемой средой, а также датчиков для не полностью заполненных трубопроводов.

Поделится:

регистрация в поисковиках Строительные компании