RU2340877C1

RU2340877C1 - Electromagnetic flow meter

Info

Publication number: RU2340877C1
Application number: RU2007119649/28A
Authority: RU
Inventors: Иван Дмитриевич Вельт (RU); Иван Дмитриевич Вельт; Галина Юрьевна Сечкина (RU); Галина Юрьевна Сечкина; Надежда Викторовна Терехина (RU); Надежда Викторовна Терехина
Original assignee: ОАО "НИИТеплоприбор"
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-10

Abstract

FIELD: physics; measurements.

SUBSTANCE: present invention pertains to instrument making, to electromagnetic techniques of measuring flow rate, and can be used for measuring flow rate in pipes with electro-conducting liquids with a complex kinematic flow pattern. The electromagnetic flow meter has pipe, made from non-magnetic and non-electrically conducting material, two electrodes, magnetic core, two induction coils, power supply, a measuring and computing device, the input of which is connected to the electrodes, and an integrating device. The control circuits of the measuring and computing device are connected to the power supply and the integrating device. The flow meter also contains a commutator, the control circuit of which is connected to the measuring and computing device. The commutator has two switching positions for electrical circuits, one of which corresponds to serial connection of the induction coils to the power supply, while the other corresponds to connection of one of the induction coils to the power supply, with the second coil connected to the integrating device.

EFFECT: increased accuracy of measurement.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, точнее к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей. Известен электромагнитный расходомер [1], содержащий трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, введенные в канал трубы, две индукционные катушки, расположенные на трубе, магнитопровод, источник тока питания индукционных катушек и измерительно-вычислительное устройство. Причем индукционные катушки подключены к источнику тока питания, а электроды - к измерительно-вычислительному устройству. Управление источником питания индукционных катушек выполняется измерительно-вычислительным устройством.The invention relates to instrumentation, more specifically to the field of flow measurement by the electromagnetic method, and can be used to measure the flow rate of electrically conductive liquids. Known electromagnetic flowmeter [1], containing a pipe made of non-magnetic and non-conductive material, two electrodes introduced into the pipe channel, two induction coils located on the pipe, magnetic circuit, a power source for the induction coils and a measuring and computing device. Moreover, the induction coils are connected to a power source, and the electrodes to a measuring and computing device. The control of the power source of the induction coils is performed by a measuring and computing device.

Расходомер работает следующим образом. Вследствие протекания переменного тока по виткам индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается переменное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала. При движении электропроводной жидкости по каналу трубы в его рабочем объеме, согласно закону Фарадея индуцируется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости потока жидкости. Разность потенциалов между электродами U определяется выражениемThe flow meter operates as follows. Due to the flow of alternating current through the turns of the induction coils in the working volume of the channel, an alternating magnetic field is excited, perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes and the axis of the channel. When an electrically conductive fluid moves along a pipe channel in its working volume, according to the Faraday law, an electric field is induced whose intensity is proportional to the fluid flow rate. The potential difference between the electrodes U is determined by the expression

где μ - магнитная проницаемость измеряемой среды, Н - напряженность магнитного поля в канале трубы, V - скорость потока измеряемой среды, D - диаметр канала.where μ is the magnetic permeability of the measured medium, N is the magnetic field strength in the pipe channel, V is the flow rate of the measured medium, D is the diameter of the channel.

С помощью измерительно-вычислительного устройства измеряются разность потенциалов между электродами и ток питания индукционных катушек I. Как известно, ток питания индукционных катушек I пропорционален напряженности магнитного поля Н в рабочем объеме канала трубы.Using a measuring and computing device, the potential difference between the electrodes and the supply current of the induction coils I are measured. As is known, the supply current of the induction coils I is proportional to the magnetic field H in the working volume of the pipe channel.

Значение объемного расхода Q определяется по формулеThe value of volumetric flow Q is determined by the formula

где α - градуировочный коэффициент, μ - магнитная проницаемость измеряемой среды.where α is the calibration coefficient, μ is the magnetic permeability of the measured medium.

Рассматриваемый расходомер, как правило, применяют для электропроводных немагнитных жидкостей, у которых магнитная проницаемость практически равна вакууму.The considered flowmeter is usually used for electrically conductive non-magnetic fluids in which the magnetic permeability is practically equal to vacuum.

Недостатком известного электромагнитного расходомера является низкая точность измерения расхода сред, обладающих магнитными свойствами, например: магнетитовых, никелевых, кобальтовых пульп, используемых в горно-рудной промышленности. В зависимости от состава и концентрации этих пульп их магнитная проницаемость μ различна и может меняться во время измерения расхода.A disadvantage of the known electromagnetic flowmeter is the low accuracy of measuring the flow rate of media having magnetic properties, for example: magnetite, nickel, cobalt pulps used in the mining industry. Depending on the composition and concentration of these pulps, their magnetic permeability μ is different and can vary during flow measurement.

Для повышения точности измерения расхода среды с изменяющимися магнитными свойствами можно применить электромагнитный расходомер, выполненный по изобретению [2]. Расходомер [2] в отличие от [1] имеет дополнительные индукционные катушки опорного сигнала, расположенные в зоне магнитного поля, и интегрирующее устройство. ЭДС Е, наведенная переменным магнитным полем в катушках опорного сигнала, пропорциональна магнитной проницаемостиTo improve the accuracy of measuring the flow rate of a medium with changing magnetic properties, an electromagnetic flowmeter made according to the invention can be used [2]. The flow meter [2], unlike [1], has additional induction coils of the reference signal located in the magnetic field zone, and an integrating device. EMF E induced by an alternating magnetic field in the coils of the reference signal is proportional to the magnetic permeability

где k - коэффициент, определяемый конструкцией индукционных катушек опорного сигнала.where k is the coefficient determined by the design of the induction coils of the reference signal.

В рассматриваемом расходомере ЭДС Е поступает на вход интегрирующего устройства, на выходе которого получают опорный сигнал U_μ. Величина опорного сигнала U_μ пропорциональна магнитной проницаемости измеряемой среды и напряженности магнитного поля, т.е.In the flowmeter under consideration, the EMF E is fed to the input of the integrating device, the output of which receives the reference signal U _μ . The value of the reference signal U _{μ is} proportional to the magnetic permeability of the measured medium and the magnetic field strength, i.e.

где k₀ - коэффициент, определяемый конструкцией индукционных катушек опорного сигнала и интегрирующего устройства.where k ₀ is the coefficient determined by the design of the induction coils of the reference signal and the integrating device.

Управление работой интегрирующего устройства обеспечивается измерительно-вычислительным устройством.The operation of the integrating device is provided by a measuring and computing device.

Измерительно-вычислительное устройство расходомера, выполненного по [2], вычисляет расход измеряемой среды по формулеThe measuring and computing device of the flowmeter, made according to [2], calculates the flow rate of the measured medium according to the formula

где α₀ - градуировочный коэффициент.where α ₀ is the calibration coefficient.

Таким образом известный электромагнитный расходомер [2] позволяет измерять расход сред, обладающих различными магнитными свойствами. Недостатком известного расходомера [2] является сложность конструкции, состоящая в необходимости введения в конструкцию расходомера дополнительных индукционных катушек опорного сигнала в зону магнитного поля.Thus, the known electromagnetic flow meter [2] allows you to measure the flow rate of media with different magnetic properties. A disadvantage of the known flowmeter [2] is the design complexity, consisting in the need to introduce additional induction coils of the reference signal into the flowmeter design into the magnetic field zone.

Этот недостаток устраняется в предлагаемом изобретении.This disadvantage is eliminated in the present invention.

Расходомер по изобретению [2] является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.The flow meter according to the invention [2] is the closest analogue of the invention.

Предлагаемый электромагнитный расходомер имеет трубу, выполненную из немагнитного и неэлектропроводного материала, два электрода, магнитопровод, две индукционные катушки, источник тока питания, измерительно-вычислительное устройство, вход которого подсоединен к электродам, и интегрирующее устройство, причем управляющие цепи измерительно-вычислительного устройства соединены с источником питания и интегрирующем устройством. Электромагнитный расходомер отличается от известного [2] тем, что в нем имеется коммутационное устройство, управляющая цепь которого соединена с измерительно-вычислительным устройством, причем коммутационное устройство имеет два положения коммутации электрических цепей, из которых одно положение соответствует последовательному подключению индукционных катушек к источнику питания, а другое положение соответствует подключению к источнику питания одной из индукционных катушек, при этом вторая индукционная катушка подключается к интегрирующему устройству.The proposed electromagnetic flow meter has a pipe made of non-magnetic and non-conductive material, two electrodes, a magnetic circuit, two induction coils, a power source, a measuring and computing device, the input of which is connected to the electrodes, and an integrating device, the control circuits of the measuring and computing device being connected to power supply and integrating device. An electromagnetic flow meter differs from the known one [2] in that it has a switching device, the control circuit of which is connected to the measuring and computing device, and the switching device has two switching positions of electrical circuits, of which one position corresponds to the serial connection of induction coils to a power source, and the other position corresponds to connecting one of the induction coils to the power source, while the second induction coil is connected to the grilling device.

На чертеже изображена схема расходомера, на схеме указано: 1 - источник тока питания, 2 и 3 - индукционные катушки, 4 - труба с электродами, 5 - электрод, 6 - измерительно-вычислительное устройство, 7 - коммутационное устройство, 8 - интегрирующее устройство. Управление работой источника питания, интегрирующим устройством и коммутационным устройством выполняется измерительно-вычислительным устройством.The drawing shows the flowmeter diagram, the diagram shows: 1 - power supply source, 2 and 3 - induction coils, 4 - pipe with electrodes, 5 - electrode, 6 - measuring and computing device, 7 - switching device, 8 - integrating device. The operation of the power source, the integrating device and the switching device is controlled by a measuring and computing device.

Работа расходомера состоит в следующем. Расходомер работает в двух режимах, периодически переключаемых с помощью коммутационного устройства: в режиме измерения разности потенциалов между электродами и в режиме измерения магнитной проницаемости измеряемой среды. Первый режим измерения соответствует исходному положению коммутационного устройства, изображенному на чертеже. Второй режим соответствует положению коммутационного устройства, переключенному относительно исходного.The flowmeter is as follows. The flowmeter operates in two modes that are periodically switched using a switching device: in the mode of measuring the potential difference between the electrodes and in the mode of measuring the magnetic permeability of the medium being measured. The first measurement mode corresponds to the initial position of the switching device shown in the drawing. The second mode corresponds to the position of the switching device, switched relative to the original.

В первом режиме схема соединений индукционных катушек соответствует их последовательному включению к источнику тока питания. Вследствие протекания переменного тока по виткам обоих индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается переменное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала. При движении электропроводной жидкости по каналу трубы в его рабочем объеме, согласно закону Фарадея индуцируется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости потока жидкости. Разность потенциалов между электродами U определяется выражением (1).In the first mode, the connection diagram of the induction coils corresponds to their series connection to the power source. Due to the flow of alternating current through the turns of both induction coils in the working volume of the channel, an alternating magnetic field is excited, perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes and the axis of the channel. When an electrically conductive fluid moves along a pipe channel in its working volume, according to the Faraday law, an electric field is induced whose intensity is proportional to the fluid flow rate. The potential difference between the electrodes U is determined by the expression (1).

В режиме измерения магнитной проницаемости измеряемой среды к источнику тока питания подключена только одна индукционная катушка. При этом вторая индукционная катушка подключена к интегрирующему устройству. В этом режиме измерения вторая индукционная катушка выполняет функции индукционной катушки опорного сигнала. При этом выполняется измерение U_μ согласно выражению (4).In the mode of measuring the magnetic permeability of the measured medium, only one induction coil is connected to the power supply source. In this case, the second induction coil is connected to the integrating device. In this measurement mode, the second induction coil acts as the induction coil of the reference signal. In this case, the measurement of U _μ is performed according to expression (4).

Расход измеряемой среды вычисляется в результате обработки измерений обоих режимов с помощью измерительно-вычислительного устройства по формуле (5).The flow rate of the measured medium is calculated as a result of processing measurements of both modes using a measuring and computing device according to the formula (5).

Преимуществом рассмотренного изобретения является возможность использования первичного преобразователя расхода от расходомера общепромышленного применения без изменения его конструкции. Изменениям подлежат только схема измерения прибора и программное обеспечение.An advantage of the considered invention is the possibility of using a primary flow transducer from a flow meter for general industrial use without changing its design. Only the instrument measurement scheme and software are subject to change.

ИсточникиSources

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, Л., Машиностроение, 1989.1. Kremlin P.P. Flowmeters and counters of quantity, L., Mechanical engineering, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР №1830135 A3, G01F 1/58. Бюллетень изобретений №27, 1993 г.2. USSR Author's Certificate No. 1830135 A3, G01F 1/58. Bulletin of inventions No. 27, 1993

Claims

An electromagnetic flow meter having a pipe made of non-magnetic and non-conductive material, two electrodes, a magnetic circuit, two induction coils, a power source, a measuring and computing device, the input of which is connected to the electrodes, and an integrating device, the control circuits of the measuring and computing device being connected to the source power supply and integrating device, characterized in that there is a switching device, the control circuit of which is connected to the measuring and computing device, and the switching device has two positions for switching electrical circuits, of which one position corresponds to the series connection of induction coils to a power source, and the other position corresponds to connecting one of the induction coils to the power source, while the second induction coil is connected to the integrating device.