RU2381457C2 - Electromagnetic method of flow measurement - Google Patents
Electromagnetic method of flow measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381457C2 RU2381457C2 RU2008108678/28A RU2008108678A RU2381457C2 RU 2381457 C2 RU2381457 C2 RU 2381457C2 RU 2008108678/28 A RU2008108678/28 A RU 2008108678/28A RU 2008108678 A RU2008108678 A RU 2008108678A RU 2381457 C2 RU2381457 C2 RU 2381457C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulp
- pipe
- dry metal
- channel
- flow rate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода ферромагнитных пульп с помощью электромагнитного способа, т.е. способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиняется закону электромагнитной индукции, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуктируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.The present invention relates to instrumentation, and in particular to a technique for measuring the flow rate of ferromagnetic pulps using an electromagnetic method, i.e. a method based on the interaction of a moving fluid with a magnetic field. This interaction obeys the law of electromagnetic induction, according to which in a fluid crossing a magnetic field, an EMF is proportional to the velocity of the fluid.
Ферромагнитные пульпы представляют собой двухфазное или трехфазное вещество - смесь твердой и жидкой фаз, а в некоторых присутствует еще и газообразная фаза. Пульпа относится к категории неустойчивых суспензий, т.к. она содержит твердые частицы сухой металлосодержащей массы размером от 0,05 мм до 0,5 мм, которые в покоящейся или ламинарно-движущейся суспензии выпадают под действием сил гравитации в неподвижный осадок.Ferromagnetic pulps are a two-phase or three-phase substance - a mixture of solid and liquid phases, and in some there is also a gaseous phase. Pulp belongs to the category of unstable suspensions, because it contains solid particles of a dry metal-containing mass ranging in size from 0.05 mm to 0.5 mm, which in a resting or laminar-moving suspension fall out under the influence of gravity into a stationary sediment.
Течение таких пульп происходит в турбулентном режиме, т.к. процессы взвешивания и переноса сколько-нибудь крупных частиц отрицательной плавучести возможны только при наличии пульсаций скорости и давления в несущей их жидкости. Движение пульпы более сложное, чем движение однородной жидкости. Картина течения такого рода смесей усложняется в основном из-за наличия поверхности раздела фаз, которая по существу играет роль подвижных границ по отношению к несущей жидкости и обуславливает существование дополнительных сил межфазного взаимодействия, внешних - для каждой фазы в отдельности и внутренних - для смеси в целом.The flow of such pulps occurs in a turbulent mode, because processes of weighing and transferring any large particles of negative buoyancy are possible only in the presence of pulsations of velocity and pressure in the carrier fluid. The movement of the pulp is more complex than the movement of a homogeneous fluid. The flow pattern of such mixtures is complicated mainly due to the presence of a phase interface, which essentially plays the role of moving boundaries with respect to the carrier fluid and determines the existence of additional interfacial forces, external for each phase separately and internal for the mixture as a whole .
Характерными признаками таких потоков являются практически равномерное распределение частиц в поперечном сечении канала и симметричный профиль осредненной продольной скорости. Потери энергии легких частиц происходят в основном в результате переноса количества движения, т.е. аналогично потерям энергии несущей жидкости вследствие ее турбулентного перемешивания. С гидравлической точки зрения такие потоки можно рассматривать как условно однородные жидкости, плотность которых отличается от плотности несущей среды.The characteristic features of such flows are the almost uniform distribution of particles in the channel cross section and the symmetric profile of the averaged longitudinal velocity. The loss of energy of light particles occurs mainly as a result of the transfer of momentum, i.e. similar to the energy loss of a carrier fluid due to its turbulent mixing. From a hydraulic point of view, such flows can be considered as conditionally homogeneous liquids, the density of which differs from the density of the carrier medium.
В металлургической промышленности представляет интерес определение расхода сухой металлосодержащей массы, транспортируемой по трубопроводу гидравлическим способом. Точнее - необходимо определение расхода той металлосодержащей твердой фазы пульпы, которая до и после транспортировки гидравлическим способом отделена от жидкой, т.е. сухой, хотя при транспортировке твердая, металлосодержащая масса смешана с несущей жидкостью, которой обычно является вода.In the metallurgical industry, it is of interest to determine the flow rate of a dry metal-containing mass transported through a pipeline hydraulically. More precisely, it is necessary to determine the flow rate of the metal-containing solid phase of the pulp, which is hydraulically separated from the liquid before and after transportation, i.e. a dry, although solid, metal-containing mass during transportation is mixed with a carrier fluid, which is usually water.
Известен электромагнитный способ измерения расхода пульпы [1]. Способ предусматривает протекание потока пульпы через немагнитную трубу с изоляционным покрытием канала и двумя электродами. Труба помещена в переменное магнитное поле, образуемое индуктором, состоящим из намагничивающей катушки, размещенной на внешней поверхности трубы, и магнитопровода. Через намагничивающую катушку пропускают переменный ток I, вызывающий образование поперечного переменного магнитного поля в канале трубы. Согласно закону электромагнитной индукции в результате взаимодействия с магнитным полем движущейся по трубе пульпы в ней между электродами возникает разность потенциалов, пропорциональная скорости движения пульпы. Способ реализуется в электромагнитных расходомерах. Однако известные электромагнитные расходомеры чувствительны к изменению магнитных свойств измеряемой среды и поэтому не позволяют получить необходимой точности измерения расхода пульп с изменяющимися магнитными свойствами. Это можно пояснить следующим образом. Как известно [1], значение объемного расхода пульпы Q, измеренного с помощью электромагнитного расходомера, определяется отношениемKnown electromagnetic method of measuring the flow of pulp [1]. The method involves the flow of pulp through a non-magnetic pipe with an insulating coating of the channel and two electrodes. The pipe is placed in an alternating magnetic field formed by an inductor consisting of a magnetizing coil placed on the outer surface of the pipe and a magnetic circuit. An alternating current I is passed through a magnetizing coil, causing the formation of a transverse alternating magnetic field in the pipe channel. According to the law of electromagnetic induction, as a result of interaction with the magnetic field of the pulp moving through the tube, a potential difference arises between the electrodes in it, proportional to the speed of the pulp. The method is implemented in electromagnetic flowmeters. However, the known electromagnetic flowmeters are sensitive to changes in the magnetic properties of the medium being measured and therefore do not allow obtaining the necessary accuracy of measuring the flow rate of pulps with varying magnetic properties. This can be explained as follows. As is known [1], the value of the volumetric flow rate of the pulp Q, measured using an electromagnetic flow meter, is determined by the ratio
где Uэ - разность потенциалов между электродами, I - ток питания индуктора, α1 - градуировочный коэффициент, µn - магнитная проницаемость пульпы.where U e is the potential difference between the electrodes, I is the inductor supply current, α 1 is the calibration coefficient, μ n is the magnetic permeability of the pulp.
Согласно выражению (1), значение объемного расхода обратно пропорционально магнитной проницаемости измеряемой среды, и поэтому погрешность измерения пульп, магнитная проницаемость которых изменчива и неконтролируема, может достигать больших значений.According to expression (1), the value of the volumetric flow rate is inversely proportional to the magnetic permeability of the medium being measured, and therefore the measurement error of pulps, the magnetic permeability of which is variable and uncontrollable, can reach large values.
Металлосодержащая масса рассматриваемых пульп всегда содержит в себе значительное количество ферромагнитных элементов (железа, никеля, кобальта), обладающих высокой магнитной проницаемостью.The metal-containing mass of the pulps under consideration always contains a significant amount of ferromagnetic elements (iron, nickel, cobalt) with high magnetic permeability.
Недостатком описанного выше способа измерения расхода пульп является невозможность измерения расхода сухой металлосодержащей массы, т.к. не позволяет отделить твердые компоненты пульпы от несущей их жидкой фазы. Кроме того, указанный способ не обеспечивает необходимой точности измерения при изменении магнитной проницаемости пульпы.The disadvantage of the above method of measuring the flow rate of pulps is the inability to measure the flow rate of dry metal-containing mass, because does not allow to separate the solid components of the pulp from the carrier phase. In addition, this method does not provide the necessary measurement accuracy when changing the magnetic permeability of the pulp.
Наиболее близким прототипом предлагаемому изобретению является известный способ измерения расхода сухой металлосодержащей массы ферромагнитных пульп, протекающих в магнитном поле через стальную немагнитную трубу, описанный в [1]. Он предусматривает измерение объемного расхода электромагнитным способом и плотности пульпы - радиоизотопным способом. При этом расход Qm сухой металлосодержащей массы в пульпе рассчитывают по алгоритмуThe closest prototype of the present invention is a known method for measuring the flow rate of dry metal-containing mass of ferromagnetic pulps flowing in a magnetic field through a steel non-magnetic pipe described in [1]. It involves the measurement of volumetric flow rate by the electromagnetic method and pulp density by the radioisotope method. The flow rate Q m dry metal-containing mass in the pulp is calculated according to the algorithm
где ρ - плотность сухой металлосодержащей массы, т.е. твердой фазы пульпы, ρn - плотность пульпы, ρж - плотность жидкой фазы пульпы, т.е. несущей жидкости.where ρ is the density of the dry metal-containing mass, i.e. solid phase of the pulp, ρ n is the density of the pulp, ρ W is the density of the liquid phase of the pulp, i.e. carrier fluid.
Обычно объемный расход и плотность пульпы измеряют соответственно с помощью электромагнитного расходомера и радиоизотопного плотномера общепромышленных типов. Плотность несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает вода, принимается равной ρж=1,0 г/см3.Typically, the volumetric flow rate and pulp density are measured respectively using an electromagnetic flow meter and a radioisotope density meter of common industrial types. The density of the carrier fluid, which is usually water, is taken equal to ρ W = 1.0 g / cm 3 .
Недостатки известного способа измерения расхода сухой металлосодержащей массы, состоят в следующем.The disadvantages of the known method of measuring the flow rate of dry metal-containing mass are as follows.
- Расчет расхода по формуле (2) сухой металлосодержащей массы не учитывает газовую фазу, которая входит в состав многих пульп.- The calculation of the flow rate by the formula (2) of dry metal-containing mass does not take into account the gas phase, which is part of many pulps.
- Расчет не позволяет получить приемлемой точности измерения расхода сухой металлосодержащей массы слабоконцентрированных пульп, когда плотность пульпы ρn и плотность жидкой фазы ρж близки по своим значениям.- The calculation does not allow to obtain an acceptable accuracy of measuring the flow rate of dry metal-containing mass of weakly concentrated pulps, when the pulp density ρ n and the density of the liquid phase ρ W are close in their values.
- Способ не обеспечивает необходимой точности измерения при изменении магнитной проницаемости измеряемой среды.- The method does not provide the necessary measurement accuracy when changing the magnetic permeability of the measured medium.
Предлагаемое изобретение устраняет эти недостатки.The present invention eliminates these disadvantages.
Предлагаемый электромагнитный способ измерения расхода Qm сухой металлосодержащей массы ферромагнитной пульпы состоит в следующем. Пульпа протекает через немагнитную трубу с изоляционным покрытием канала и двумя электродами, на поверхности которой расположены намагничивающая и измерительная катушки, имеющие общую ось, перпендикулярную оси канала и осям электродов. Магнитопровод охватывает трубу с катушками. При пропускании тока I через намагничивающую катушку измеряют разность потенциалов между электродами Uэ и напряжение U, возбуждаемое в измерительной катушке.The proposed electromagnetic method of measuring the flow rate Q m dry metal-containing mass of the ferromagnetic pulp is as follows. The pulp flows through a non-magnetic pipe with an insulating coating of the channel and two electrodes, on the surface of which there are magnetizing and measuring coils having a common axis perpendicular to the axis of the channel and the axes of the electrodes. The magnetic circuit covers the pipe with coils. When current I is passed through a magnetizing coil, the potential difference between the electrodes U e and the voltage U excited in the measuring coil are measured.
Расход сухой металлосодержащей массы пульпы вычисляют по формулеThe consumption of dry metal-containing pulp mass is calculated by the formula
где α, k - градуировочные коэффициенты, D - диаметр канала трубы, µ - магнитная проницаемость сухой металлосодержащей массы.where α, k are calibration coefficients, D is the diameter of the pipe channel, and μ is the magnetic permeability of the dry metal-containing mass.
Плотность сухой металлосодержащей массы измеряют известным способом, широко применяемым на обогатительных фабриках. Он состоит в следующем. Берется лабораторная проба (представительная порция) сухой массы, измеряется ее масса и помещается в сосуд. Затем сосуд заполняется специальным раствором на спиртовой основе, обладающим хорошей смачиваемостью с частицами сухой массы. Плотность вычисляется по формулеThe density of the dry metal-containing mass is measured in a known manner, widely used in processing plants. It consists of the following. A laboratory sample (representative portion) of the dry mass is taken, its mass is measured and placed in a vessel. Then the vessel is filled with a special alcohol-based solution with good wettability with dry matter particles. Density is calculated by the formula
где Vp - объем раствора, заливаемого в сосуд, Vсм - объем смеси раствора с порцией сухой массы, m - масса сухой порции, измеренная с помощью взвешивания.where V p is the volume of the solution poured into the vessel, V cm is the volume of the mixture of the solution with a portion of the dry mass, m is the mass of the dry portion, measured by weighing.
Магнитная проницаемость сухой металлосодержащей массы измеряется с помощью предлагаемого расходомера до его монтажа на трубопроводе следующим способом. Расходомер устанавливается на горизонтальную плоскость таким образом, что ось канала оказывается перпендикулярной к этой плоскости. Объем канала, предварительно измеренный, равномерно заполняется сухой металлосодержащей массой. Плотность заполненной массы в канале расходомера вычисляется по формулеThe magnetic permeability of the dry metal-containing mass is measured using the proposed flow meter before it is mounted on the pipeline in the following way. The flow meter is mounted on a horizontal plane so that the axis of the channel is perpendicular to this plane. The channel volume, previously measured, is evenly filled with a dry metal-containing mass. The density of the filled mass in the flowmeter channel is calculated by the formula
где ρмк - плотность в канале расходомера смеси сухой металлосодержащей массы с воздухом, Vк - объем канала расходомера, mмк - сухая металлосодержащая масса, заполняющая канал, измеренная с помощью взвешивания.where ρ mc is the density in the flowmeter channel of the mixture of dry metal-containing mass with air, V c is the volume of the flowmeter channel, m m is the dry metal-containing mass filling the channel, measured by weighing.
Далее методом «вольтметра-амперметра» [2] измеряется магнитная проницаемость µмк смеси сухой металлосодержащей массы с воздухом, находящейся в канале прибора. Прибор включается в работу, переменный ток, пропускаемый через намагничивающие катушки, создает магнитное поле в канале. Переменное магнитное поле, проникающее через измерительные катушки, наводит в них напряжение U, пропорциональное интенсивности поля и суммарной площади витков измерительных катушек. По результатам измерения напряжения U в измерительных катушках и тока I в намагничивающих катушках вычисляется µмк по формулеNext, the method of "voltmeter-ammeter" [2] measures the magnetic permeability µ µ mixture of dry metal-containing mass with air in the channel of the device. The device is switched on, alternating current passed through magnetizing coils creates a magnetic field in the channel. An alternating magnetic field penetrating through the measuring coils induces a voltage U in them, proportional to the field intensity and the total area of the turns of the measuring coils. According to the measurement results in the measuring voltage U and current I coil in the magnetizing coils is calculated by the formula μ microns
Объемную концентрацию содержания сухой металлосодержащей массы в канале расходомера φ можно представить в виде отношения магнитной восприимчивости смеси сухой массы с воздухом χв к магнитной восприимчивости сухой металлосодержащей массы χm, т.е.The volume concentration of the content of dry metal-containing mass in the flow meter channel φ can be represented as the ratio of the magnetic susceptibility of the mixture of dry mass and air χ in to the magnetic susceptibility of the dry metal-containing mass χ m , i.e.
Решая совместно уравнения (6) и (7), вычисляем магнитную проницаемость сухой металлосодержащей массы µ по формулеSolving equations (6) and (7) together, we calculate the magnetic permeability of the dry metal-containing mass μ by the formula
Достоинство предлагаемого способа измерения расхода состоит в том, что он обладает следующими преимуществами по сравнению с известными.The advantage of the proposed method of measuring flow is that it has the following advantages compared with the known.
Позволяет определить расход сухой металлосодержащей массы во всех ферромагнитных пульпах, в том числе и в пульпах, содержащих неопределенную газовую фазу.It allows you to determine the flow rate of dry metal-containing mass in all ferromagnetic pulps, including in pulps containing an indefinite gas phase.
На точность вычисления расхода сухой металлосодержащей массы практически не влияет изменение физических свойств жидкой и газообразной среды в составе пульпы.The accuracy of calculating the flow rate of dry metal-containing mass is practically not affected by the change in the physical properties of the liquid and gaseous media in the pulp.
Исключается из применения радиоизотопный плотномер. Отпадает необходимость в измерении плотности пульпы, плотности ее жидкостно-газовых компонент и в вычислении разности этих плотностей, т.е. (ρn-ρж).Excluded from the use of a radioisotope densitometer. There is no need to measure the density of the pulp, the density of its liquid-gas components and to calculate the difference of these densities, i.e. (ρ n -ρ w ).
Практически устраняется погрешность измерения, вызываемая изменением магнитной проницаемости пульпы.The measurement error caused by the change in the magnetic permeability of the pulp is practically eliminated.
ИсточникиSources
1. Кремлевский П.П. «Измерение расхода многофазных потоков». Л., Машиностроение, 1982.1. Kremlin P.P. "Measurement of multiphase flow rate." L., Engineering, 1982.
2. Васильченко Е.В. «Каталог радиолюбительских схем». Издательство Солон-Пресс, 2003.2. Vasilchenko E.V. "Catalog of amateur radio circuits." Solon Press Publishing House, 2003.
Claims (1)
где ρ - плотность сухой металлосодержащей массы;
α, k -градуировочные коэффициенты;
D - диаметр канала трубы;
µ - магнитная проницаемость сухой металлосодержащей массы. An electromagnetic method for measuring the flow rate Q m of dry metal-containing mass of a ferromagnetic pulp flowing through a non-magnetic pipe with an insulating coating of the channel, two electrodes, a magnetizing coil located on the surface of a non-magnetic pipe, and a magnetic circuit covering the pipe with a coil, providing for measuring current I through the magnetizing coil potential difference U e between the electrodes, characterized in that when passing a current I through a magnetizing coil, the voltage U expected in the measuring coil located on the surface of the non-magnetic pipe, having a common axis with the magnetizing coil perpendicular to the channel axis and the axes of the electrodes, while the flow rate of the dry metal-containing pulp mass is calculated by the formula
where ρ is the density of the dry metal-containing mass;
α, k are calibration factors;
D is the diameter of the pipe channel;
µ is the magnetic permeability of the dry metal-containing mass.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108678/28A RU2381457C2 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Electromagnetic method of flow measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108678/28A RU2381457C2 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Electromagnetic method of flow measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008108678A RU2008108678A (en) | 2009-09-10 |
RU2381457C2 true RU2381457C2 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=41166181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108678/28A RU2381457C2 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Electromagnetic method of flow measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381457C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517764C1 (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" | Method for measurement of multiphase flow rate and device to this end |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112378989A (en) * | 2020-12-08 | 2021-02-19 | 鞍钢集团矿业有限公司 | Online detection device and method for magnetic ore pulp concentration |
CN112858460B (en) * | 2021-01-06 | 2023-07-18 | 西华大学 | Method for measuring concentration of solid medium in solid-liquid two-phase fluid |
-
2008
- 2008-03-05 RU RU2008108678/28A patent/RU2381457C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КРЕМЛЕВСКИЙ П.П. Измерение расхода многофазных потоков. - Л.: Машиностроение, 1982, с.74-75. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517764C1 (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" | Method for measurement of multiphase flow rate and device to this end |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008108678A (en) | 2009-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cha et al. | Flow measurement with an electromagnetic flowmeter in two-phase bubbly and slug flow regimes | |
CA2124248A1 (en) | Method and apparatus for determining a volume flow | |
CN104820013B (en) | The two-phase flow containing rate measuring method detected based on electromagnetic eddy | |
CN104729595B (en) | Formula two-phase fluid electromagnetic flowmeter survey device and method is mutually separated in a kind of pipe | |
CN105157768A (en) | Electromagnetic array related sensor and system for horizontal well oil-gas-water multi-phase flow rate measurement | |
US6650108B2 (en) | System and method for monitoring the composition of a magnetorheological fluid | |
RU2381457C2 (en) | Electromagnetic method of flow measurement | |
US4554828A (en) | Measuring device for the magneto-inductive measuring of the flow rate of a liquid medium | |
AU2016238965B2 (en) | Submersible sensor for measuring the gas volume fraction of an aerated fluid | |
KR20120135484A (en) | Magnetic flowmeter | |
Jin et al. | The performance characteristics of electromagnetic flowmeter in vertical low-velocity oil-water two-phase flow | |
GB2292613A (en) | Multiple electrode electromagnetic flowmeters | |
DE102006018623B4 (en) | Method and arrangement for contactless measurement of the flow of electrically conductive media | |
Shi et al. | Analytical investigation of an inductive flow sensor with arc-shaped electrodes for water velocity measurement in two-phase flows | |
CN100416230C (en) | Magnetic-label fluid flowmeter | |
RU2133031C1 (en) | Method determining content of ferromagnetic in pulp and gear for its implementation | |
Looney et al. | Alternative transient eddy-current flowmetering methods for liquid metals | |
RU2322651C2 (en) | Mode of graduation and checking of electromagnetic flowmeters | |
RU74710U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE COMPOSITION AND CONSUMPTION OF MULTICOMPONENT LIQUIDS BY THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE METHOD | |
Velt et al. | Measuring the metal-containing mass of pulp products using the electromagnetic method | |
Mikhailova et al. | Measurement of metallic weight of the pulp by the electromagnetic method | |
CN110132716A (en) | A kind of adjustable drainage erosion corrosion test macro | |
CN104048716B (en) | Solution-type current surveying device | |
CN211602045U (en) | Plug-in electromagnetic flowmeter | |
RU2422780C1 (en) | Method of simulation technique of electromagnet flow metres of liquid metals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140306 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160327 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190306 |