RU127905U1

RU127905U1 - FLUID METER FLOW METER

Info

Publication number: RU127905U1
Application number: RU2012121498/28U
Authority: RU
Inventors: Леонид Антонович Адамовский; Юрий Михайлович Крашенинников; Дмитрий Анатольевич Матросов; Анатолий Борисович Муралев; Юрий Евгеньевич Штында
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-05-10

Abstract

Расходомерное устройство для жидкого металла, включающее вихревой преобразователь расхода, содержащий участок трубы с немагнигной электропроводящей стенкой, тело обтекания в виде вихреобразующего стержня, продольная ось которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему, создающую внутри трубы за телом обтекания магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания, и чувствительный элемент для регистрации частотного сигнала в виде приваренных на поверхности трубы электродов, по крайней мере, один из которых является основным сигнальным электродом и установлен в магнитном поле на образующей трубы, имеющей пересечение с продольной осью тела обтекания, либо вблизи от указанной образующей в пределах полосы допуска, дополнительно снабжено вторым чувствительным элементом для измерения разности потенциалов, пропорциональной значению расхода, выполненным в виде электродов, приваренных на поверхности трубы, например, в концевых точках диаметра, скрещивающего под прямым углом с продольной осью тела обтекания.A flowmeter for a liquid metal comprising a vortex flow transducer comprising a pipe section with a non-magnetically conductive wall, a flow body in the form of a vortex-forming rod, the longitudinal axis of which is perpendicular to the pipe axis, a magnetic system placed outside the pipe, creating a magnetic field inside the pipe past the flow body, having a component magnetic induction vector directed parallel to the longitudinal axis of the flow body and a sensing element for recording the frequency signal in the form of at least one of which is the main signal electrode and mounted in a magnetic field on a pipe generatrix intersecting with the longitudinal axis of the flow body, or close to the specified generatrix within the tolerance band, is additionally equipped with a second sensitive element for measuring the potential difference proportional to the value of the flow rate, made in the form of electrodes welded on the surface of the pipe, for example, at the end points of a diameter crossing at right angles Ohm with the longitudinal axis of the body flow.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидких металлов, и может быть использована, например, для измерения расхода жидкометаллических теплоносителей в ядерных электрических установках.The utility model relates to measuring technique, mainly to means for controlling the flow of liquid metals, and can be used, for example, to measure the flow of liquid metal coolants in nuclear electrical installations.

Известно расходомерное устройство для жидкого металла - вихревой электромагнитный преобразователь расхода (Патент РФ N 2310816 С2, G01F 11/32, G01F 11/58 (2006.01)), содержащий участок трубы с немагнитной электропроводящей стенкой, тело обтекания в виде вихреобразующего стержня, продольная ось которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему, создающую внутри трубы за телом обтекания магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания, и чувствительный элемент, для регистрации частотного сигнала, в виде приваренных на поверхности трубы электродов, по крайней мере один из которых является основным сигнальным электродом и установлен в магнитном поле на образующей трубы, имеющей пересечение с продольной осью тела обтекания, либо вблизи от указанной образующей в пределах полосы допуска.A flow meter device for liquid metal is known - a vortex electromagnetic flow transducer (RF Patent N 2310816 C2, G01F 11/32, G01F 11/58 (2006.01)), comprising a pipe section with a non-magnetic electrically conductive wall, a flow body in the form of a vortex-forming rod, the longitudinal axis of which perpendicular to the axis of the pipe, a magnetic system placed outside the pipe, creating a magnetic field inside the pipe behind the flow body, having a magnetic induction vector component parallel to the longitudinal axis of the flow body, and sensitive to an element for recording a frequency signal, in the form of electrodes welded on the surface of the pipe, at least one of which is the main signal electrode and is mounted in a magnetic field on the pipe generatrix, which intersects with the longitudinal axis of the flow body, or near the specified generatrix within the strip admission.

При взаимном расположении тела обтекания и магнитной системы, используемом в преобразователе, геометрическим местоположением точек на стенке трубы, в которых амплитуда периодических колебаний электрического потенциала, индуцированных вихревой дорожкой Кармана, максимальна, является образующая трубы, имеющая пересечение с продольной осью тела обтекания. Поэтому основные сигнальные электроды в преобразователе следует устанавливать на такой образующей, либо вблизи от нее в пределах полосы допуска, обеспечивающей приемлемую чувствительность.With the mutual arrangement of the flow around the body and the magnetic system used in the transducer, the geometrical location of the points on the pipe wall, in which the amplitude of the periodic fluctuations of the electric potential induced by the Karman vortex path, is maximum, is the tube forming, which intersects with the longitudinal axis of the flow around the body. Therefore, the main signal electrodes in the converter should be installed on such a generatrix, or close to it within the tolerance band providing an acceptable sensitivity.

При удалении электрода от указанной образующей трубы снижается амплитуда пульсаций снимаемого электродом потенциала и, соответственно, чувствительность преобразователя. Кроме сигнальных электродов чувствительный элемент может содержать также расположенный вне зоны действия магнитного поля, приваренный к трубопроводу электрод, выполняющий роль заземления или "общей точки".When the electrode is removed from the specified generatrix of the pipe, the amplitude of the pulsations of the potential removed by the electrode decreases and, accordingly, the sensitivity of the converter. In addition to the signal electrodes, the sensing element may also contain an electrode located outside the magnetic field, welded to the pipeline, acting as a ground or “common point”.

Основным достоинством вихревого расходомера является неизменность градуировочной характеристики во времени, обусловленная постоянством гидродинамики процесса кармановского вихреобразования на теле обтекания, и независимость градуировочной характеристики "частота-расход" от возможных неконтролируемых изменений магнитной индукции в преобразователе.The main advantage of a vortex flowmeter is the invariance of the calibration characteristic over time, due to the constancy of the hydrodynamics of the Karman vortex formation process on the flow body, and the independence of the frequency-flow calibration characteristic from possible uncontrolled changes in magnetic induction in the converter.

Недостатком устройства является относительная сложность измерения частоты периодического выходного сигнала, а так же инерционность операции измерения частоты, поскольку требуется определенная длительность наблюдения и обработки частотного сигнала. Имеется также ограничение по нижнему пределу измерений: - вихревые расходомеры используются при числах Рейнольдса Re>10000; при меньших значениях числа Re нарушается линейность градуировочной характеристики, а в области Re~(3-4}10³ преобразователь теряет работоспособность.The disadvantage of this device is the relative complexity of measuring the frequency of the periodic output signal, as well as the inertia of the frequency measurement operation, since a certain duration of observation and processing of the frequency signal is required. There is also a restriction on the lower limit of measurements: - vortex flowmeters are used for Reynolds numbers Re>10000; at lower values of the number Re, the linearity of the calibration characteristic is violated, and in the region Re ~ (3-4} 10 ^{3 the} converter loses its operability.

Целью данного технического решения является расширение функциональных возможностей устройства.The purpose of this technical solution is to expand the functionality of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в расходомерном устройстве для жидкого металла, включающем в себя вихревой преобразователь расхода, содержащий участок трубы с немагнигной электропроводящей стенкой, тело обтекания в виде вихреобразующего стержня, продольная ось которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему, создающую внутри трубы за телом обтекания магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции, направленную параллельно продольной оси тела обтекания, и чувствительный элемент для регистрации частотного сигнала в виде приваренных на поверхности трубы электродов, по крайней мере, один из которых является основным сигнальным электродом и установлен в магнитном поле на образующей трубы, имеющей пересечение с продольной осью тела обтекания, либо вблизи от указанной образующей в пределах полосы допуска, в области приложения магнитного поля преобразователя установлен второй чувствительный элемент для измерения разности потенциалов, пропорциональной значению расхода, выполненный в виде электродов, приваренных на поверхности трубы, например, в концевых точках диаметра, скрещивающегося под прямым углом с продольной осью тела обтекания.This goal is achieved by the fact that in the flow meter device for liquid metal, which includes a vortex flow transducer containing a portion of a pipe with a non-magnetically conductive wall, a body of flow around it in the form of a vortex-forming rod, the longitudinal axis of which is perpendicular to the axis of the pipe, a magnetic system placed outside the pipe, creating a magnetic system inside pipes behind the body of the flow around a magnetic field having a component of the magnetic induction vector directed parallel to the longitudinal axis of the body of the flow and a sensing element for recording the frequency signal in the form of electrodes welded on the surface of the pipe, at least one of which is the main signal electrode and is mounted in a magnetic field on the pipe generatrix intersecting with the longitudinal axis of the flow body, or close to the specified generatrix within the tolerance band, in the field of application of the magnetic field of the transducer, a second sensitive element is installed for measuring the potential difference proportional to the flow value, made in the form of electrodes welded on and the surface of the pipe, for example, at the end points of a diameter that intersects at right angles with the longitudinal axis of the flow body.

Таким образом, кроме функции вихревого преобразователя расхода заявляемое устройство одновременно обеспечивает также выполнение функции электромагнитного преобразователя расхода, а именно, генерацию разности потенциалов, пропорциональной значению расхода (Н.И.Логинов. Электромагнитные преобразователи расхода жидких металлов. М., Энергоиздат, 1981). При этом чувствительные элементы того и другого преобразователей устройства установлены в магнитном поле общей магнитной системы.Thus, in addition to the function of the vortex flow transducer, the claimed device simultaneously provides the function of an electromagnetic flow transducer, namely, generating a potential difference proportional to the flow value (N.I. Loginov. Electromagnetic flow transducers of liquid metals. M., Energoizdat, 1981). In this case, the sensitive elements of both transducers of the device are installed in the magnetic field of a common magnetic system.

На фиг.1, 2 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.3 приведены результаты измерений заявляемым устройством, проведенных в натриевой петле ядерной энергетической установки.Figure 1, 2 shows a schematic diagram of a device, figure 3 shows the measurement results of the inventive device, carried out in the sodium loop of a nuclear power plant.

Расходомерное устройство для жидкого металла содержит участок трубы с немагнитной электропроводящей стенкой 1, тело обтекания 2 в виде вихреобразующего стержня, продольная ось 3 которого перпендикулярна оси трубы, размещенную снаружи трубы магнитную систему с полюсами 4, создающую внутри трубы за телом обтекания магнитное поле, имеющее составляющую вектора магнитной индукции 5, направленную параллельно продольной оси 3 тела обтекания.The flow meter device for liquid metal contains a pipe section with a non-magnetic electrically conductive wall 1, the flow body 2 in the form of a vortex-forming rod, the longitudinal axis 3 of which is perpendicular to the pipe axis, a magnetic system with poles 4 placed outside the pipe, creating a magnetic field inside the pipe behind the flow body, having a component magnetic induction vector 5, parallel to the longitudinal axis 3 of the body flow.

Устройство содержит два чувствительных элемента в виде электродов, установленных на поверхности трубы. Чувствительным элементом вихревого преобразователя расхода являются электроды 6, 7 и 8, приваренные последовательно вдоль образующей трубы 9, имеющей пересечение с продольной осью 3 тела обтекания. Электроды 6, 7 установлены в магнитном поле, например, на расстоянии L=0,5D друг от друга (D - внутренний диаметр трубы) и являются основными сигнальными электродами; электрод 8 выполняет роль заземления или «общей точки». Вихревой преобразователь устройства работоспособен при следующих вариантах подключения электродов к измерительному прибору: один сигнальный электрод 6 (или 7) в паре с электродом 8; два сигнальных электрода 6 и 7 в паре друг с другом; два сигнальных электрода 6 и 7 в совокупности с электродом 8 с применением дифференциальной схемы регистрации пульсаций.The device contains two sensing elements in the form of electrodes mounted on the surface of the pipe. The sensitive element of the vortex flow transducer is the electrodes 6, 7 and 8, welded sequentially along the generatrix of the pipe 9, having an intersection with the longitudinal axis 3 of the flow body. The electrodes 6, 7 are installed in a magnetic field, for example, at a distance L = 0.5 D from each other (D is the inner diameter of the pipe) and are the main signal electrodes; electrode 8 acts as a ground or “common point”. The vortex converter of the device is operable with the following options for connecting the electrodes to the measuring device: one signal electrode 6 (or 7) paired with the electrode 8; two signal electrodes 6 and 7 paired with each other; two signal electrodes 6 and 7 in conjunction with electrode 8 using a differential ripple detection circuit.

На фиг.2 показано размещение второго чувствительного элемента устройства, обеспечивающего функцию электромагнитного преобразователя расхода, являются электроды 10 и 11, приваренные на поверхности трубы в концевых точках диаметра 12, скрещивающегося под прямым углом с продольной осью 3 тела обтекания.Figure 2 shows the placement of the second sensitive element of the device, providing the function of an electromagnetic flow transducer, are the electrodes 10 and 11, welded on the surface of the pipe at the end points of diameter 12, crossing at right angles with the longitudinal axis 3 of the flow body.

Перед установкой на рабочее место проводят стендовую проливку устройства на образцовой поверочной'! установке, в результате которой определяют градуировочную характеристику вихревого преобразователя в виде Q=a'f, где Q - расход жидкости, м³/ч., f - частота периодического выходного сигнала, Гц; а - коэффициент преобразования, определяемый при проливке. При этом выходной сигнал регистрируется по одной из указанных выше схем подключения электродов 6, 7 и 8, выбранной для использования в устройстве.Before installation at the workplace, bench spillage of the device is carried out on an exemplary calibration '! installation, as a result of which the calibration characteristic of the vortex transducer is determined in the form Q = a'f, where Q is the fluid flow rate, m ³ / h, f is the frequency of the periodic output signal, Hz; a is the conversion coefficient determined during pouring. In this case, the output signal is recorded according to one of the above schemes for connecting the electrodes 6, 7 and 8, selected for use in the device.

Еще раз отметим, что градуировочная характеристика вихревого преобразователя устройства, определенная в результате проливки, является неизменной во времени (при условии неизменности геометрических характеристик измерительного канала и тела обтекания) и не зависит от неконтролируемых изменений магнитной индукции в преобразователе.Once again, we note that the calibration characteristic of the vortex transducer of the device, determined as a result of pouring, is unchanged in time (provided the geometrical characteristics of the measuring channel and the body are unchanged) and does not depend on uncontrolled changes in magnetic induction in the transducer.

Для экспериментальной проверки работоспособности был изготовлено расходомерное устройство (РУ) с диаметром условного прохода Dy 17 (трубка 20×1,5 мм из нержавеющей стали 12×18Н 1OТ). Магнитная система преобразователя включает в себя магнитопровод, магнитные вкладыши из сплава ЮНДК35Т5БА и полюсные наконечники размером 5 16×16 мм, охватывающие измерительный канал РУ. Магнитопровод и полюсы выполнены из стали Ст.3. Магнитное поле в контролируемой области направлено главным образом параллельно вихреобразующему стержню. Значение магнитной индукции в центре межполюсного зазора составляет В=0,045 т. Устройство содержит два чувствительных элемента - две пары электродов, приваренных на наружной поверхности измерительного канала:For an experimental test of operability, a flowmeter device (RU) was manufactured with a nominal diameter Dy 17 (a tube 20 × 1.5 mm in stainless steel 12 × 18Н 1ОТ). The magnetic system of the transducer includes a magnetic circuit, magnetic inserts from the UNDK35T5BA alloy, and pole pieces measuring 5 16 × 16 mm covering the measuring channel of the switchgear. The magnetic circuit and poles are made of steel Art. 3. The magnetic field in the controlled area is directed mainly parallel to the vortex-forming rod. The value of magnetic induction in the center of the pole gap is B = 0.045 t. The device contains two sensing elements - two pairs of electrodes welded on the outer surface of the measuring channel:

- для измерения частоты f, Гц кармановского вихреобразования на теле обтекания - электроды 7 и 8 (фиг.1) вихревого расходомера (ВР) устройства;- to measure the frequency f, Hz of the pocket vortex formation on the flow body - electrodes 7 and 8 (Fig. 1) of the vortex flowmeter (BP) of the device;

- для измерения разности потенциалов U, мВ, пропорциональной значению расхода натрия в канале - электроды 10 и 11 (фиг.2) электромагнитного расходомера (ЭМР) устройства.- to measure the potential difference U, mV, proportional to the value of sodium flow in the channel - electrodes 10 and 11 (figure 2) of the electromagnetic flow meter (EMR) of the device.

Первичная градуировка вихревого преобразователя РУ проведена на образцовой поверочной установке. В результате стендовой проливки установлено, что градуировочная характеристика ВР при числах Рейнольдса, Re>10000 имеет вид Q=a·f, где Q - расход натрия м³/ч, f - частота выходного сигнала, Гц; а=0,01608 - значение коэффициента преобразования, измеренное при проливке; погрешность коэффициента преобразования - не более 0,5%.The primary calibration of the RU vortex transducer was carried out on an exemplary calibration installation. As a result of bench shedding, it was found that the calibration characteristic of the VR at Reynolds numbers, Re> 10000, has the form Q = a · f, where Q is the sodium flow rate m ³ / h, f is the frequency of the output signal, Hz; a = 0.01608 is the value of the conversion coefficient, measured during pouring; conversion coefficient error - not more than 0.5%.

Затем устройство было смонтировано в натриевый контур пробоотборной петли реакторной установки БОР-60 и проведены его испытания. Электроды ВР и ЭМР устройства подключались к входам специально разработанного усилителя - преобразователя выходных сигналов. Усиленный и очищенный от наводок промышленной частоты (50±2) Гц сигнал ВР подавался на осциллограф ТЕКТРОНИКС 1002 В, посредством которого проводились визуальный анализ сигнала и измерение частоты регистрируемых колебаний. Одновременно, преобразованный и очищенный от сетевых наводок сигнал ЭМР устройства U, мВ измерялся мультиметром МУ-65.Then the device was mounted in the sodium circuit of the sampling loop of the BOR-60 reactor and its tests were carried out. The electrodes of the VR and EMR devices were connected to the inputs of a specially designed amplifier - an output signal converter. The BP signal amplified and purified from industrial frequency (50 ± 2) Hz pickups was applied to a TECTRONICS 1002 V oscilloscope, through which a visual analysis of the signal and measurement of the frequency of the recorded oscillations were carried out. At the same time, the EMR signal of the device U, mV, converted and cleaned from network interference, was measured with a MU-65 multimeter.

Измеренным значениям Uj, мВ, i=1,2,…N ставились в соответствие значения расхода натрия Qi, м³/ч рассчитываемые по значениям частоты fi, Гц, i=1,2…N и градуировочной характеристике Qj=0,01608fj вихревого расходомера РУ. Результаты измерений, проведенных в диапазоне расхода Q=(0,4-4,0) м^3/ч при температуре натрия Т=250 ОС, приведены на фиг.3.The measured values of Uj, mV, i = 1.2, ... N were associated with the values of sodium flow rate Qi, m ³ / h calculated from the values of the frequency fi, Hz, i = 1.2 ... N and the calibration characteristic Qj = 0.01608fj vortex flowmeter RU. The results of measurements taken in the flow range Q = (0.4-4.0) m ^{3 / h} at sodium temperature T = 250 ° C are shown in FIG. 3.

Данные измерений, обработанные методом наименьших квадратов, описываются прямой пропорциональной зависимостью Q=1,166U+0,039, градуировочная характеристика ЭМР заявляемого устройства; сренеквадратическое отклонение измеренных точек от аппроксимирующей прямой составляет 0,011 м^3/ч; относительная погрешность измерения расхода с использованием ЭМР устройства составляет не более 1%.The measurement data processed by the least squares method are described by a direct proportional relationship Q = 1,166U + 0,039, the calibration characteristic of the EMR of the inventive device; the cross-squared deviation of the measured points from the approximating straight line is 0.011 m ^{3 / h;} the relative error of the flow measurement using the device EMR is not more than 1%.

Таким образом, результаты испытаний заявляемого РУ, проведенных в промышленных условиях, подтверждают высокую чувствительность и работоспособность ВР и ЭМР устройства. Продемонстрирована также функциональная возможность само поверки РУ, а именно проведения первичной градуировки (периодической поверки) ЭNIP устройства по месту эксплуатации с использованием ВР устройства в качестве опорного средства измерений.Thus, the test results of the inventive RU, conducted in an industrial environment, confirm the high sensitivity and performance of the VR and EMR device. The functional ability of the RU calibration itself, namely, the initial calibration (periodic calibration) of the ENIP device at the place of use using the BP device as a reference measuring instrument, is also demonstrated.

Claims

A flowmeter for a liquid metal comprising a vortex flow transducer comprising a pipe section with a non-magnetically conductive wall, a flow body in the form of a vortex-forming rod, the longitudinal axis of which is perpendicular to the pipe axis, a magnetic system placed outside the pipe, creating a magnetic field inside the pipe past the flow body, having a component magnetic induction vector directed parallel to the longitudinal axis of the flow body, and a sensing element for recording the frequency signal in the form of at least one of which is the main signal electrode and mounted in a magnetic field on a pipe generatrix intersecting with the longitudinal axis of the flow body, or close to the specified generatrix within the tolerance band, is additionally equipped with a second sensitive element for measuring a potential difference proportional to the value of the flow rate, made in the form of electrodes welded on the surface of the pipe, for example, at the end points of a diameter crossing at right angles Ohm with the longitudinal axis of the body flow.