RU127189U1

RU127189U1 - ELECTROMAGNETIC FLOW METER OF LIQUID METAL

Info

Publication number: RU127189U1
Application number: RU2012142892/28U
Authority: RU
Inventors: Иван Дмитриевич Вельт; Сергей Иванович Кузнецов; Юлия Владимировна Михайлова; Надежда Викторовна Терехина
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2013-04-20

Abstract

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.Electromagnetic liquid metal flow meter, consisting of a pipe made of non-magnetic material, three induction coils strung on a pipe, two of which, turned towards, are located at the edges of the middle induction coil, magnetic circuit, electric current source and measuring device, characterized in that the source the electric current is connected to two induction coils connected in the opposite direction, and the measuring device is connected to the middle induction coil.

Description

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к электромагнитным расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидких металлов.The utility model relates to instrumentation, in particular to electromagnetic flowmeters designed to measure the flow of liquid metals.

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.Known electromagnetic flowmeters of liquid metals, the principle of which is based on the law of electromagnetic induction [1]. The electromagnetic flow meter has a non-magnetic stainless steel pipe, two electrodes welded to the outer surface of the pipe wall and an inductor that creates a magnetic field in the working area of the channel. The inductor can consist of a magnetic circuit and permanent magnets, or it can be an electromagnet, i.e. consisting of a magnetic circuit and an induction coil located on it, fed by electric current.

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.An electromagnetic liquid metal flow meter operates as follows. When a liquid metal moves along a channel, an electric field is excited in the liquid metal crossing the magnetic field, which forms circulation currents in the liquid metal and the pipe wall in contact with it. As a result of the flow of currents along the pipe wall between the electrodes, a potential difference arises, which serves as a measure of the flow of liquid metal.

Недостатком электромагнитных расходомеров является чувствительность сигнала между электродами к шунтирующему действию стенки трубы.The disadvantage of electromagnetic flowmeters is the sensitivity of the signal between the electrodes to the shunt action of the pipe wall.

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.Known electromagnetic flowmeter, the principle of which is based on the measurement of the secondary magnetic field arising in the flow of liquid metal flowing through a pipeline in a magnetic field [2]. The electromagnetic flowmeter is insensitive to the shunting effect of the pipe wall, due to the fact that the circulation currents induced in the measured medium and forming a secondary magnetic field are in the form of concentric circles whose axis coincides with the axis of the pipe, and these currents do not flow into the pipe wall. A feature of this flowmeter is the absence of direct contact (i.e. galvanic coupling) of the measuring circuit with the pipe wall of the device.

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.The design of such a flow meter has a pipe made of non-magnetic stainless steel, three induction coils, a magnetic circuit, an alternating current source and a measuring device. All coils are strung on a pipe, and an alternating electric current of low frequency is supplied to the middle coil, designed to excite a magnetic field in the pipe channel, and two identical extreme coils, measuring, are used to measure the signal excited by secondary magnetic fields proportional to the speed of the liquid metal, flowing through a pipe. A measuring device is connected to the extreme coils, and the extreme coils themselves are connected in series and towards each other. This flowmeter is the closest prototype of the proposed utility model.

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.The working areas of the flowmeter, in which secondary magnetic fields are formed, are located on the edges of the flowmeter, near the points of its connection with the process pipeline. At the joints of the flowmeter with the pipeline, differences in the diameters of the joints, the displacement of the axes of the joints of the pipe of the device with the pipeline of the flowmeter installation or the process pipeline, which lead to a change in the local kinematic structure of the flow in the working areas of the flowmeter, can be allowed.

Это является недостатком расходомера, т.к. приводит к возможности нарушения метрологических характеристик при перестановке с расходомерной установки, на технологический трубопровод для эксплуатации или обратно.This is a disadvantage of the flow meter, as leads to the possibility of violation of metrological characteristics when moving from a flowmeter installation to a process pipeline for operation or vice versa.

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.The purpose of developing a utility model is to increase the reliability of a liquid metal flow meter. This goal is achieved by creating a non-contact electromagnetic liquid metal flow meter, in which the working zone of the secondary magnetic field formation is located in the central part of the channel, i.e. removed from the junction of the flowmeter with the process pipeline.

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.The electromagnetic liquid metal flow meter, according to this utility model, consists of a pipe made of non-magnetic material, three induction coils strung on the pipe, two of which are turned towards each other, located at the edges of the middle induction coil, magnetic circuit, AC source and measuring devices. The difference from the flowmeter - prototype [2] is that the electric current source is connected to two induction coils connected in the opposite direction, and the measuring device is connected to the middle induction coil.

На рис.1. приведена схема конструкции предлагаемого бесконтактного электромагнитного расходомера жидкого металла.In Fig. 1. The design diagram of the proposed non-contact electromagnetic liquid metal flow meter is shown.

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.A non-contact electromagnetic liquid metal flow meter consists of a pipe 1 made of non-magnetic stainless steel, three induction coils, and a cylindrical magnetic circuit 2. All induction coils are strung on the pipe, and the two extreme induction coils 4 and 5 are connected to each other in series and towards each other, connected to an AC source 6, and the middle coil 3 is connected to the measuring device 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.An electromagnetic liquid metal flow meter operates as follows. An alternating electric current is supplied to the two extreme induction coils. Due to the fact that the coils are turned towards, in the central part of the pipe channel an alternating magnetic field is created, directed radially. The radial components of the magnetic field are the working part of the magnetic field, since the vectors of this field are directed orthogonally to the velocity of the liquid metal. As a result of the interaction of the radial components of the magnetic field with the flow velocity in the measured medium, in the center of the channel, circulating alternating currents occur, directed along concentric circles, the axis of which coincides with the axis of the channel. The magnitude of the circulation currents is proportional to the flow rate. The circulating alternating currents do not flow into the pipe wall and create a secondary alternating magnetic field proportional to them, directed along the axis of the channel. This secondary magnetic field induces in the middle coil a signal proportional to the volumetric flow rate of the liquid metal flowing through the pipe channel and insensitive to the shunt action of the channel wall.

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.The use of a magnetic circuit enhances the radial components of the magnetic field, increases sensitivity, the signal-to-noise parameter and increases the accuracy of flow measurement. Due to the fact that the induction coils supplied from the source of alternating electric current are the same, are connected in series and counterclockwise, the parasitic signals induced by the magnetic field of the excitation in the middle coil are mutually destroyed. As a result, the signal at the input of the measuring device connected to the middle coil is proportional to the flow rate of the molten metal.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, состоит в повышении надежности измерения расхода.The technical result that can be obtained by implementing a utility model is to increase the reliability of flow measurement.

ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1982 г., 214 с.1. Kremlin P.P. Multiphase flow measurement. Publishing House "Engineering", Leningrad, 1982, 214 p.

2. «Индукционный расходомер», авторское свидетельство СССР, №104745, класс 42е,23₀₅.2. "Induction flowmeter", USSR author's certificate, No. 104745, class 42e, 23 ₀₅ .

Claims

Electromagnetic liquid metal flow meter, consisting of a pipe made of non-magnetic material, three induction coils strung on a pipe, two of which, turned towards, are located at the edges of the middle induction coil, magnetic circuit, electric current source and measuring device, characterized in that the source the electric current is connected to two induction coils connected in the opposite direction, and the measuring device is connected to the middle induction coil.