Электромагнитный расходомер жидких металлов
Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода жидкого металла с помощью электромагнитных расходомеров. Принцип действия электромагнитного расходомера основан на измерении вторичного магнитного поля, возникающего в потоке жидкого металла, протекающего по трубопроводу в магнитное поле. Электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы, трех индукционных катушек, нанизанных на трубу и магнитопровода. Две крайние индукционные катушки, питаемые переменным электрическим током, включены навстречу и создают в центре канала радиальное магнитное поле. Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К двум крайним индукционным катушкам подводится переменный электрический ток. Благодаря тому, что катушки включены навстречу, в центральной части канала трубы создается переменное магнитное поле, направленное радиально. Радиальные компоненты магнитного поля являются рабочей частью магнитного поля, поскольку вектора этого поля направлены ортогонально скорости движения жидкого металла. В результате взаимодействия радиальных компонент магнитного поля со скоростью потока в измеряемой среде, в центре канала, возникают циркуляционные переменные токи, направленные по концентрическим окружностям, ось которых совпадает с осью канала. Величина циркуляционных токов пропорциональна скорости потока. Циркуляционные переменные токи не затекают в стенку трубы и создают пропорциональное им вторичное переменное магнитное поле, направленное вдоль оси канала. Это вторичное магнитное поле индуцирует в средней катушке сигнал, пропорциональный объемному расходу жидкого металла, протекающего по каналу трубы и нечувствительный к шунтирующему действию стенки канала. Вследствие того, что индукционные катушки, питаемые от источника переменного электрического тока, одинаковые, включены последовательно и встречно, наведенные магнитным полем возбуждения паразитные сигналы в средней катушке взаимно уничтожаются. В результате чего, сигнал на входе измерительного устройства, подключенного к средней катушке, пропорционален расходу жидкого металла. Техническим результатом от применения полезной модели является создание бесконтактного электромагнитного расходомера жидкого металла повышенной надежности.
Полезная модель относится к приборостроению, в частности к электромагнитным расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидких металлов.
Известны электромагнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Электромагнитный расходомер имеет трубу из немагнитной нержавеющей стали, два электрода, приваренных к наружной поверхности стенки трубы и индуктора, создающего магнитное поле в рабочей зоне канала. Индуктор может состоять из магнитопровода и постоянных магнитов, либо может быть электромагнитом, т.е. состоящим из магнитопровода и расположенной на нем индукционной катушки, питаемой электрическим током.
Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. При движении жидкого металла по каналу, в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое образует циркуляционные токи в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы. В результате протекания токов по стенке трубы между электродами возникает разность потенциалов, которая служит мерой расхода жидкого металла.
Недостатком электромагнитных расходомеров является чувствительность сигнала между электродами к шунтирующему действию стенки трубы.
Известен электромагнитный расходомер, принцип действия которого основан на измерении вторичного магнитного поля возникающего в потоке жидкого металла, протекающего по трубопроводу в магнитном поле [2]. Электромагнитный расходомер нечувствителен к шунтирующему действию стенки трубы, благодаря тому, что циркуляционные токи, индуцируемые в измеряемой среде и формирующие вторичное магнитное поле, имеют форму концентрических окружностей, ось которых совпадает с осью трубы, и эти токи не затекают в стенку трубы. Особенностью этого расходомера является отсутствие непосредственного контакта (т.е. гальванической связи) измерительной цепи со стенкой трубы прибора.
Конструкция такого расходомера имеет трубу, выполненную из немагнитной нержавеющей стали, три индукционных катушки, магнитопровод, источник переменного электрического тока и измерительное устройство. Все катушки нанизаны на трубу, причем к средней катушке, предназначенной для возбуждения магнитного поля в канале трубы, подводится переменный электрический ток низкой частоты, а две одинаковые крайние катушки, измерительные, служат для измерения сигнала, возбуждаемого вторичными магнитными полями, пропорциональными скорости жидкого металла, протекающего по трубе. К крайним катушкам подключено измерительное устройство, а сами крайние катушки между собой включены последовательно и навстречу друг другу. Этот расходомер является наиболее близким прототипом предлагаемой полезноймодели.
Рабочие зоны расходомера, в которых формируются вторичные магнитные поля, расположены на краях расходомера, вблизи мест его соединения с технологическим трубопроводом. В местах соединений расходомера с трубопроводом могут быть допущены расхождения в диаметрах соединений, смещение осей соединений трубы прибора с трубопроводом расходомерной установки или технологического трубопровода, приводящие к изменению местной кинематической структуры потока в рабочих зонах расходомера.
Это является недостатком расходомера, т.к. приводит к возможности нарушения метрологических характеристик при перестановке с расходомерной установки, на технологический трубопровод для эксплуатации или обратно.
Целью разработки полезной модели является повышение надежности расходомера жидкого металла. Эта цель достигается созданием бесконтактного электромагнитного расходомера жидкого металла, у которого рабочая зона формирования вторичного магнитного поля расположена в центральной части канала, т.е. удалена от места соединения расходомера с технологическим трубопроводом.
Электромагнитный расходомер жидких металлов, согласно данной полезной модели, состоит из трубы, выполненной из немагнитного материала, трех индукционных катушек, нанизанных на трубу, две из которых включенные навстречу друг другу, расположены по краям средней индукционной катушки, магнитопровода, источника переменного электрического тока и измерительного устройства. Отличие от расходомера - прототипа [2] состоит в том, что источник электрического тока подключен к двум индукционным катушкам, включенным навстречу, а измерительное устройство подключено к средней индукционной катушке.
На рис.1. приведена схема конструкции предлагаемого бесконтактного электромагнитного расходомера жидкого металла.
Бесконтактный электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы 1, выполненной из немагнитной нержавеющей стали, трех индукционных катушек, и цилиндрического магнитопровода 2. Все индукционные катушки нанизаны на трубу, причем две крайние индукционные катушки 4 и 5, соединенные между собой последовательно и навстречу друг другу, подключены к источнику переменного тока 6, а средняя катушка 3 подключена к измерительному устройству 7.
Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К двум крайним индукционным катушкам подводится переменный электрический ток. Благодаря тому, что катушки включены навстречу, в центральной части канала трубы создается переменное магнитное поле, направленное радиально. Радиальные компоненты магнитного поля являются рабочей частью магнитного поля, поскольку вектора этого поля направлены ортогонально скорости движения жидкого металла. В результате взаимодействия радиальных компонент магнитного поля со скоростью потока в измеряемой среде, в центре канала, возникают циркуляционные переменные токи, направленные по концентрическим окружностям, ось которых совпадает о осью канала. Величина циркуляционных токов пропорциональна скорости потока. Циркуляционные переменные токи не затекают в стенку трубы и создают пропорциональное им вторичное переменное магнитное поле, направленное вдоль оси канала. Это вторичное магнитное поле индуцирует в средней катушке сигнал, пропорциональный объемному расходу жидкого металла, протекающего по каналу трубы и нечувствительный к шунтирующему действию стенки канала.
Применение магнитопровода усиливает радиальные компоненты магнитного поля, повышает чувствительность, параметр сигнал-помеха и увеличивает точность измерения расхода. Вследствие том, что индукционные катушки, питаемые от источника переменного электрического тока, одинаковые, включены последовательно и встречно, наведенные магнитным полем возбуждения паразитные сигналы в средней катушке взаимно уничтожаются. В результате чего, сигнал на входе измерительного устройства, подключенного к средней катушке, пропорционален расходу жидкого металла.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, состоит в повышении надежности измерения расхода.
ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИ
1. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1982 г., 214 с.
2. «Индукционный расходомер», авторское свидетельство СССР, 
104745, класс 42е,2305.
Электромагнитный расходомер жидких металлов, состоящий из трубы, выполненной из немагнитного материала, трех индукционных катушек, нанизанных на трубу, две из которых, включенные навстречу, расположены по краям средней индукционной катушки, магнитопровода, источника электрического тока и измерительного устройства, отличающийся тем, что источник электрического тока подключен к двум индукционным катушкам, включенным навстречу, а измерительное устройство подключено к средней индукционной катушке.
