RU2422781C1 - Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall - Google Patents
Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422781C1 RU2422781C1 RU2010111090/28A RU2010111090A RU2422781C1 RU 2422781 C1 RU2422781 C1 RU 2422781C1 RU 2010111090/28 A RU2010111090/28 A RU 2010111090/28A RU 2010111090 A RU2010111090 A RU 2010111090A RU 2422781 C1 RU2422781 C1 RU 2422781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flowmeter
- channel
- pipe
- channel wall
- diameter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью электромагнитных расходомеров, к технике их имитационного моделирования. Измерение расхода жидких металлов необходимо, например, при эксплуатации энергетических установок, где жидкий металл используется в качестве теплоносителя.The present invention relates to instrumentation, and in particular to a technique for measuring the flow of liquid metals using electromagnetic flow meters, to the technique of their simulation. The measurement of the flow rate of liquid metals is necessary, for example, in the operation of power plants, where liquid metal is used as a coolant.
Известны электромагнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Электромагнитный расходомер имеет: трубу из нержавеющей стали (без изоляционного покрытия внутренней поверхности трубы), два электрода, приваренных к наружной поверхности стенки трубы, и индуктор, создающий низкочастотное импульсное магнитное поле в рабочей зоне канала.Known electromagnetic flowmeters of liquid metals, the principle of which is based on the law of electromagnetic induction [1]. The electromagnetic flowmeter has: a stainless steel pipe (without an insulating coating on the inner surface of the pipe), two electrodes welded to the outer surface of the pipe wall, and an inductor that creates a low-frequency pulsed magnetic field in the working area of the channel.
Мерой расхода является напряжение между электродами, возникающее в результате взаимодействия потока электропроводной жидкости с магнитным полем.A measure of the flow rate is the voltage between the electrodes, resulting from the interaction of the flow of conductive fluid with a magnetic field.
Отсутствие электроизоляционной футеровки канала расходомера приводит к тому, что на показания расходомера влияет шунтирующее действие стенки трубы.The absence of an insulating lining of the flowmeter channel leads to the fact that the shunting effect of the pipe wall affects the flowmeter readings.
По стенке трубы и в жидкости протекают циркуляционные токи, шунтирующие электрическое поле в жидкости и вызывающие снижение напряжения между электродами, оцениваемое коэффициентом kt, который определяется из выраженияCirculating currents flow through the pipe wall and in the liquid, shunting the electric field in the liquid and causing a decrease in voltage between the electrodes, estimated by the coefficient k t , which is determined from the expression
где d и D - диаметры трубы (внутренний и наружный); σ и σt - электропроводность жидкости и материала трубы,where d and D are the diameters of the pipe (inner and outer); σ and σ t are the electrical conductivity of the liquid and pipe material,
Значение kt≥1. Оно тем ближе к единице, чем меньше разница между d и D, т.е. чем тоньше стенка трубы и чем меньше отношение σt/σ.The value of k t ≥1. It is the closer to unity, the smaller the difference between d and D, i.e. the thinner the pipe wall and the smaller the ratio σ t / σ.
Коэффициент kt, представленный выражением (1), соответствует условиям, когда магнитное поле в канале распределено однородно. Практически все электромагнитные расходомеры жидкого металла имеют неоднородное магнитное поле, однородная часть которого распределена вдоль оси канала только на длине, не более (1,0~0,5) диаметра трубы, поскольку такое магнитное поле обеспечивает оптимальные характеристики прибора: максимальную чувствительность при минимальном потреблении энергии для создания магнитного поля. В настоящее время действительное значение шунтирующего эффекта у исследуемого расходомера оценивается экспериментально с помощью проливного расходомерного стенда, работающего на жидком металле. Сложность исследования расходомеров жидких металлов на проливных стендах вынуждает искать иные, т.е. беспроливные способы исследования расходомеров, в частности способы имитационного моделирования.The coefficient k t represented by expression (1) corresponds to the conditions when the magnetic field in the channel is uniformly distributed. Almost all electromagnetic liquid metal flowmeters have an inhomogeneous magnetic field, the homogeneous part of which is distributed along the channel axis only along the length, not more than (1.0 ~ 0.5) of the pipe diameter, since such a magnetic field provides optimal device characteristics: maximum sensitivity with minimal consumption energy to create a magnetic field. At present, the actual value of the shunting effect of the studied flowmeter is estimated experimentally using a pouring flowmeter stand working on liquid metal. The complexity of the study of liquid metal flow meters at pouring stands forces us to look for others, i.e. non-flowing methods for studying flowmeters, in particular, simulation methods.
Известен способ [2] имитационного моделирования электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля расходомера в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера Кр.A known method [2] simulation of electromagnetic flowmeters, comprising converting the magnetic field of the flowmeter into electrical voltage using an induction coil placed in the channel, integrating the electrical voltage obtained at the output terminals of the induction coil, and determining the conversion coefficient of the flow meter To p .
Индукционная катушка выполнена в виде плоской многослойной печатной платы, причем витки катушки размещены вдоль линий равного значения поверхностной весовой функции [3]. Индукционная катушка размещается в канале расходомера в плоскости оси канала и линии, соединяющей электроды. Причем одна из осей симметрии индукционной катушки совпадает с линией, соединяющей электроды расходомера.The induction coil is made in the form of a flat multilayer printed circuit board, and the coil turns are placed along lines of equal value of the surface weight function [3]. An induction coil is placed in the flowmeter channel in the plane of the channel axis and the line connecting the electrodes. Moreover, one of the symmetry axes of the induction coil coincides with the line connecting the electrodes of the flow meter.
Недостатком известного способа является невозможность моделировать зависимость коэффициента преобразования электромагнитного расходомера от шунтирующего действия электропроводной стенки канала, поскольку поверхностная весовая функция получена для расходомера с изолированной стенкой канала и, следовательно, не отражает шунтирующий эффект, вызванный электропроводной стенкой канала.The disadvantage of this method is the inability to simulate the dependence of the conversion coefficient of the electromagnetic flowmeter on the shunting effect of the conductive wall of the channel, since the surface weight function is obtained for the flowmeter with an insulated wall of the channel and, therefore, does not reflect the shunt effect caused by the conductive wall of the channel.
Способ имитационного моделирования [2] является наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения.The simulation method [2] is the closest prototype of the invention.
Целью предлагаемого изобретения является создание способа имитационного моделирования работы электромагнитных расходомеров с токопроводящей стенкой канала.The aim of the invention is to provide a method of simulation of the operation of electromagnetic flowmeters with a conductive wall of the channel.
Эта цель достигается тем, что индукционная катушка, помещаемая в канал исследуемого расходомера, имеет витки, размещенные вдоль линий равного значения поверхностной весовой функции другого расходомера, т.е. расходомера с неэлектропроводной стенкой канала. Причем другой расходомер является физической моделью исследуемого расходомера. Под физической моделью исследуемого расходомера понимается расходомер с изолированной стенкой канала, внутрь которой вставлены электроды, контактирующие с измеряемой жидкостью. В канале физической модели имеется неподвижный пограничный слой измеряемой жидкости, создающий циркуляционные токи в жидкости, такие же какие имеются в исследуемом расходомере (оригинале). Для того чтобы неподвижный пограничный слой измеряемой жидкости создавал тот же эффект шунтирования электрического поля в жидкости, что и токопроводящая стенка канала, необходимо обеспечивать равенство коэффициентов kt для оригинала и модели. У физической модели неподвижный пограничный слой имеет ту же электропроводность, что и движущаяся жидкость, т.е. σt/σ=1, поэтому коэффициент kt для физической модели вычисляется по формуле (2), полученной из выражения (1).This goal is achieved by the fact that the induction coil placed in the channel of the studied flowmeter has turns located along lines of equal value of the surface weight function of another flowmeter, i.e. a flowmeter with a non-conductive channel wall. Moreover, the other flowmeter is a physical model of the studied flowmeter. The physical model of the studied flowmeter is understood to mean a flowmeter with an insulated channel wall, inside which electrodes are inserted that are in contact with the measured liquid. In the channel of the physical model there is a fixed boundary layer of the measured fluid, which creates circulating currents in the fluid, the same as those found in the studied flowmeter (original). In order for the fixed boundary layer of the measured liquid to create the same effect of shunting the electric field in the liquid as the conductive wall of the channel, it is necessary to ensure the equality of the coefficients k t for the original and the model. In a physical model, a fixed boundary layer has the same electrical conductivity as a moving fluid, i.e. σ t / σ = 1, therefore, the coefficient k t for the physical model is calculated by formula (2) obtained from expression (1).
где Dm - диаметр канала физической модели, dm - диаметр центральной области канала модели расходомера, в которой скорость жидкости имеет ту же величину и распределение, что и в расходомере-оригинале, т.е. dm=d. Толщина неподвижного пограничного слоя λ у физической модели равнаwhere D m is the diameter of the channel of the physical model, d m is the diameter of the central region of the channel of the flowmeter model, in which the fluid velocity has the same magnitude and distribution as in the original flowmeter, i.e. d m = d. The thickness of the fixed boundary layer λ of the physical model is
Ниже приводится пример расчета физической модели электромагнитного расходомера жидкого натрия с диаметром канала 100 мм при рабочей температуре жидкого натрия 300°С.The following is an example of calculating the physical model of an electromagnetic liquid sodium flowmeter with a channel diameter of 100 mm at a working temperature of liquid sodium of 300 ° C.
Труба расходомера-оригинала выполнена из нержавеющей стали, электропроводность σt которой при температуре 300°С равна 0.2·107 См/м. Электропроводность жидкого натрия σ при температуре 300°С составляет 6·106 См/м. Т.е. отношение σt/σ=0,333. Другие параметры расходомера-оригинала - следующие: d=100 мм, D=110 мм, kt=0,962.The pipe of the original flowmeter is made of stainless steel, the electrical conductivity σ t of which at a temperature of 300 ° C is 0.2 · 10 7 S / m. The electrical conductivity of liquid sodium σ at a temperature of 300 ° C is 6 · 10 6 S / m. Those. the ratio σ t / σ = 0.333. Other parameters of the original flowmeter are as follows: d = 100 mm, D = 110 mm, k t = 0.962.
Параметры физической модели расходомера жидкого натрия при температуре 300°С и при условии равенства правых частей выражений (1) и (2) принимают следующие значения: диаметр канала Dm=103,95 мм, толщина неподвижного пограничного слоя λ=1,95 мм, dm=100 мм.The parameters of the physical model of a liquid sodium flow meter at a temperature of 300 ° C and subject to equality of the right-hand sides of expressions (1) and (2) take the following values: channel diameter D m = 103.95 mm, thickness of the fixed boundary layer λ = 1.95 mm, d m = 100 mm.
Физическая модель воспроизводит тот же шунтирующий эффект, который вызван электропроводной стенкой канала. Физическая модель отличается от расходомера-оригинала тем, что у нее стенка канала неэлектропроводна, диаметр канала Dm отличается от диаметра канала d расходомера-оригинала, и это отличие учтено с помощью коэффициента kt, т.е.The physical model reproduces the same shunting effect that is caused by the electrically conductive wall of the channel. The physical model differs from the original flowmeter in that its channel wall is non-conductive, the channel diameter D m differs from the channel diameter d of the original flowmeter, and this difference is taken into account using the coefficient k t , i.e.
В канале физической модели существует неподвижный слой измеряемой жидкости, толщина которого равна λ.In the channel of the physical model there is a fixed layer of the measured fluid, the thickness of which is equal to λ.
Предлагаемый способ имитационного моделирования электромагнитного расходомера жидкого металла с электропроводной стенкой канала осуществляется следующим образом. В канал расходомера помещается индукционная катушка, причем одна из осей симметрии индукционной катушки совпадает с линией, соединяющей электроды расходомера. Индукционная катушка выполнена в виде плоской многослойной печатной платы, имеет витки, размещенные вдоль линий равного значения поверхностной весовой функции физической модели исследуемого расходомера. Под действием переменного низкочастотного импульсного магнитного поля, создаваемого индуктором, в индукционной катушке наводится электрическое напряжение. Согласно [2] производится интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера Кр.The proposed method of simulation of an electromagnetic liquid metal flow meter with an electrically conductive wall of the channel is as follows. An induction coil is placed in the flowmeter channel, and one of the symmetry axes of the induction coil coincides with the line connecting the electrodes of the flowmeter. The induction coil is made in the form of a flat multilayer printed circuit board, has turns located along lines of equal value of the surface weight function of the physical model of the flowmeter under study. Under the action of an alternating low-frequency pulsed magnetic field created by the inductor, an electric voltage is induced in the induction coil. According to [2], the integration of the electrical voltage obtained at the output terminals of the induction coil, and the determination of the conversion coefficient of the flow meter To p .
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности имитационного моделирования электромагнитных расходомеров с электропроводной стенкой канала.The technical result obtained by carrying out the invention consists in increasing the accuracy of simulation of electromagnetic flowmeters with an electrically conductive wall of the channel.
Источники информацииInformation sources
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. Патент RU 2146042 C1, 7 G01F 25/00, Бюллетень №6, 2000.2. Patent RU 2146042 C1, 7 G01F 25/00, Bulletin No. 6, 2000.
3. Авторское свидетельство СССР, №627343, кл. G01F 25/00, Бюллетень №37, 1978.3. Copyright certificate of the USSR, No. 627343, cl. G01F 25/00, Bulletin No. 37, 1978.
Claims (1)
где D - наружный диаметр трубы;
σt- электропроводность материала трубы;
σ - электропроводность жидкометаллической среды. A method for simulating the operation of an electromagnetic flowmeter for measuring a liquid metal medium having electrodes inserted into a channel wall of diameter d made of an electrically conductive material, comprising converting the flowmeter’s magnetic field into electrical voltage using an induction coil, the turns of which are placed along lines of equal value of the surface weight function, placed in the flowmeter channel, integration of the electric voltage obtained at the output terminals of the induction coil, and determining the conversion coefficient of the flowmeter, characterized in that the turns of the induction coil are placed along lines of equal value of the surface weight function of the flowmeter — a physical model of the specified electromagnetic liquid metal flowmeter, which is a flowmeter having a pipe with a channel wall made of an insulating material with a diameter equal to D m = k t d, where the coefficient k t is the coefficient defined by the expression:
where D is the outer diameter of the pipe;
σ t is the electrical conductivity of the pipe material;
σ is the electrical conductivity of the liquid metal medium.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111090/28A RU2422781C1 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111090/28A RU2422781C1 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2422781C1 true RU2422781C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010111090/28A RU2422781C1 (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2422781C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112504365A (en) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 合肥工业大学 | Magnetic circuit structure optimization design method of electromagnetic flow sensor |
-
2010
- 2010-03-23 RU RU2010111090/28A patent/RU2422781C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112504365A (en) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 合肥工业大学 | Magnetic circuit structure optimization design method of electromagnetic flow sensor |
| CN112504365B (en) * | 2020-11-25 | 2022-05-20 | 合肥工业大学 | Magnetic circuit structure optimization design method of electromagnetic flow sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Combining magnetic induction tomography and electromagnetic velocity tomography for water continuous multiphase flows | |
| Jian et al. | Electromagnetic flow measurements in liquid metals using time-of-flight Lorentz force velocimetry | |
| CN104729595B (en) | Formula two-phase fluid electromagnetic flowmeter survey device and method is mutually separated in a kind of pipe | |
| Halbedel et al. | A novel contactless flow rate measurement device for weakly conducting fluids based on Lorentz force velocimetry | |
| Ge et al. | Study on a new electromagnetic flowmeter based on three-value trapezoidal wave excitation | |
| RU2422781C1 (en) | Method of simulation technique of electromagnet flow metres with electrically conducting channel wall | |
| CN104458108B (en) | Method for measuring pressure drop of liquid metal pipe flow magnetic fluid under high-intensity magnetic field | |
| Khalilov et al. | A combined liquid sodium flow measurement system | |
| RU107859U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW CONVERTER | |
| RU122767U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW METER | |
| CN104019860A (en) | Flowmeter integrating electromagnetism and ultrasonic and use method of flowmeter | |
| RU2518380C1 (en) | Flow measurement electromagnetic method | |
| Vel’t et al. | Magnetic flowmeter for fast sodium reactors | |
| Rajan et al. | Development of side wall type permanent magnet flowmeter for sodium flow measurement in large pipes of SFRs | |
| Lin et al. | Simulation and experimental verification of buried pipeline corrosion under the high-voltage direct current interference | |
| RU2422780C1 (en) | Method of simulation technique of electromagnet flow metres of liquid metals | |
| RU2594988C1 (en) | Method for simulation technique of electromagnet flow meters | |
| RU112437U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING TURBULENT FLUID FLOW PARAMETERS (OPTIONS) | |
| CN105571662B (en) | A kind of electromagnetic flowmeter signal processing method and processing device | |
| RU175421U1 (en) | LOCAL SPEED SENSOR | |
| Dubovikova et al. | Flow rate measurement in aggressive conductive fluids | |
| CN203657868U (en) | Electromagnetic and ultrasonic integrated-design flow meter | |
| RU2643691C1 (en) | Induction flowmeter of liquid metal | |
| RU2474790C1 (en) | Method of measuring flow rate of electroconductive liquid | |
| Bousselin et al. | Flowrate measurements of conducting fluids in pipes using the magnetic distortion probe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140324 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151010 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190324 |