RU2555517C2 - Large-bore electromagnetic flow meter - Google Patents

Large-bore electromagnetic flow meter Download PDF

Info

Publication number
RU2555517C2
RU2555517C2 RU2013138553/28A RU2013138553A RU2555517C2 RU 2555517 C2 RU2555517 C2 RU 2555517C2 RU 2013138553/28 A RU2013138553/28 A RU 2013138553/28A RU 2013138553 A RU2013138553 A RU 2013138553A RU 2555517 C2 RU2555517 C2 RU 2555517C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
pipe
axis
flow meter
measuring electrodes
Prior art date
Application number
RU2013138553/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013138553A (en
Inventor
Иван Дмитриевич Вельт
Сергей Иванович Кузнецов
Юлия Владимировна Михайлова
Надежда Викторовна Терехина
Original Assignee
Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" filed Critical Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор"
Priority to RU2013138553/28A priority Critical patent/RU2555517C2/en
Publication of RU2013138553A publication Critical patent/RU2013138553A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2555517C2 publication Critical patent/RU2555517C2/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electromagnetic flow meter for liquid metals features cylindrical tube out of non-magnetic material, two measuring electrodes welded to external tube surface, inductor with induction coil and magnetic conductor with two pole plates connected by a bracket, where the pole plates are positioned at one tube side so that axis of each pole plate passes through channel centre perpendicularly to the channel axis at an angle under 180° to the other plate axis, while measuring electrodes are positioned opposite in the line passing through the tube channel centre, induction coil is mounted on the bracket so that a line connecting measuring electrodes coincides with the coil symmetry axis. Four additional electrodes at coordinates ±0.538R and ±0.906R, where R is the channel radius, are positioned along the tube generatrix passing at equal distance between inductor poles inside an angle under 180° against crossing point of generatrix with the coil symmetry axis.
EFFECT: flow meter indication independent of magnetic Reynolds number.
1 dwg

Description

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

Известны электромагнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Электромагнитный расходомер имеет трубу из нержавеющей стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, измерительные электроды, приваренные к наружной поверхности стенки трубы, и индуктор, создающий магнитное поле в рабочей зоне канала трубы. Индуктор может состоять из магнитопровода и постоянных магнитов либо быть электромагнитом, т.е. состоящим из магнитопровода и расположенной на нем индукционной катушки, питаемой электрическим током.Known electromagnetic flowmeters of liquid metals, the principle of which is based on the law of electromagnetic induction [1]. The electromagnetic flowmeter has a stainless steel pipe without an insulating coating on the inner surface, measuring electrodes welded to the outer surface of the pipe wall, and an inductor that creates a magnetic field in the working area of the pipe channel. The inductor may consist of a magnetic circuit and permanent magnets or be an electromagnet, i.e. consisting of a magnetic circuit and an induction coil located on it, fed by electric current.

Для измерения расхода жидких металлов в трубах большого диаметра применяют индуктор, создающий магнитное поле в локальной части канала, благодаря чему упрощается конструкция индуктора и расходомера в целом [2]. Магниторовод имеет две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы. Индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая электроды, является осью симметрии катушки.To measure the flow of liquid metals in large pipes, an inductor is used that creates a magnetic field in the local part of the channel, which simplifies the design of the inductor and the flowmeter as a whole [2]. The magnetor lead has two pole plates connected by a bracket, and the pole plates are located on one side of the pipe so that the axes of each pole plate pass through the center of the channel perpendicular to the channel axis and form an angle of less than 180 ° to each other, and the measuring electrodes are diametrically opposite on the line passing through the center of the pipe channel. The induction coil is located on the bracket so that the line connecting the electrodes is the axis of symmetry of the coil.

Недостатком этого расходомера является нелинейность зависимости показаний от объемного расхода жидкого металла. Нелинейность характеристики расходомера вызвана циркуляционными токами в жидком металле, которые при больших расходах образуют вторичные магнитные поля, искажающие магнитное поле возбуждения, создаваемое индукционной катушкой. Величина индуцированного (вторичного) магнитного поля может характеризоваться магнитным числом Рейнольдса (Rem)The disadvantage of this flow meter is the nonlinearity of the dependence of the readings on the volumetric flow rate of the liquid metal. The non-linearity of the flowmeter characteristic is caused by circulating currents in the liquid metal, which at high flow rates form secondary magnetic fields that distort the magnetic field of the excitation generated by the induction coil. The magnitude of the induced (secondary) magnetic field can be characterized by a magnetic Reynolds number (Re m )

Re m = L v σ μ ;                                 ( 1 )

Figure 00000001
Re m = L v σ μ ; ( one )
Figure 00000001

где L - характерный линейный размер, v - скорость потока, σ - электропроводность измеряемой среды, µ - магнитная проницаемость измеряемой среды. В качестве характерного линейного размера L в данном случае понимается расстояние между центрами полюсных пластин индуктора, которое ориентировочно характеризует размеры локального магнитного поля в канале расходомера.where L is the characteristic linear size, v is the flow velocity, σ is the electrical conductivity of the measured medium, μ is the magnetic permeability of the measured medium. In this case, the characteristic linear size L is understood as the distance between the centers of the pole plates of the inductor, which roughly characterizes the dimensions of the local magnetic field in the flowmeter channel.

Если магнитное число Рейнольдса достигает значений, больших единицы (Rem>1), то магнитное поле в канале расходомера претерпевает заметные изменения, вызываемые индуцированными циркуляционными токами в измеряемой среде, которые снижают чувствительность расходомера к расходу жидкого металла. Поскольку магнитное число Рейнольдса зависит от скорости потока, то искажение магнитного поля отсутствует при малых расходах и постепенно возрастает с увеличением расхода, таким образом возникает нелинейная зависимость показаний от расхода.If the magnetic Reynolds number reaches values greater than unity (Re m > 1), then the magnetic field in the flowmeter channel undergoes noticeable changes caused by induced circulation currents in the measured medium, which reduce the sensitivity of the flowmeter to the flow rate of liquid metal. Since the magnetic Reynolds number depends on the flow velocity, there is no magnetic field distortion at low flow rates and gradually increases with increasing flow rate, thus a nonlinear dependence of the readings on the flow rate occurs.

Расходомер, описанный в патенте [2], является наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения.The flowmeter described in the patent [2] is the closest prototype of the present invention.

Целью изобретения является создание расходомера жидких металлов в трубе большого диаметра с линейной зависимостью показаний от расхода, т.е. нечувствительного к магнитному числу Рейнольдса.The aim of the invention is the creation of a liquid metal flow meter in a large-diameter pipe with a linear dependence of the readings on the flow, i.e. insensitive to magnetic Reynolds number.

Предлагаемый электромагнитный расходомер жидких металлов отличается от описанного в [2] тем, что вдоль образующей трубы, находящейся внутри угла, меньшего 180°, расположены четыре дополнительных электрода со следующими координатами относительно точки пересечения образующей трубы с линией симметрии индукционной катушки: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала.The proposed electromagnetic liquid metal flow meter differs from that described in [2] in that four additional electrodes with the following coordinates relative to the point of intersection of the forming pipe with the symmetry line of the induction coil are located along the generatrix pipe inside an angle less than 180 °: ± 0.538R and ± 0.906R, where R is the channel radius.

Измерительное устройство расходомера выполняет последовательно измерения разности потенциалов между одним измерительным электродом, удаленным от индуктора, и каждым из пяти других электродов, находящихся на трубе вблизи индуктора. Затем программно суммируются измеренные разности потенциалов с учетом весовых коэффициентов, присущих применяемому методу интегрирования Гаусса по пяти точкам, и строится зависимость полученной суммы от расхода. При этом достигается линейная характеристика показаний расходомера от объемного расхода вне зависимости от магнитного числа Рейнольдса.The flowmeter measuring device sequentially measures the potential difference between one measuring electrode remote from the inductor and each of the five other electrodes located on the pipe near the inductor. Then, the measured potential differences are summarized programmatically, taking into account the weight coefficients inherent in the applied Gaussian integration method over five points, and the dependence of the resulting sum on the flow is constructed. In this case, a linear characteristic of the flow meter readings from the volume flow is achieved, regardless of the magnetic Reynolds number.

Суть изобретения состоит в следующем. Вторичное магнитное поле, индуцируемое в жидком металле, образуется только на краях участка рабочего магнитного поля, распределенного в канале прибора. Причем если на входе по движению потока оно ослабляет исходное магнитное поле, то на выходе усиливает его в той же мере. В результате сложения исходного и вторичного магнитных полей результирующее поле не изменило своего интегрального значения, однако оказывается смещенным по направлению движения жидкого металла с несколько деформированными краями фронтов. Величина смещения магнитного поля и деформация краев тем больше, чем больше магнитное число Рейнольдса. Смещение магнитного поля возбуждения, естественно, вызывает аналогичное смещение индуцированного электрического поля на внешней поверхности трубы. Если произвести суммирование сигналов, снятых с нескольких точек, размещенных на протяженном участке трубы, захватывающем краевые зоны, то суммарное значение сигналов оказывается линейно связанным с расходом и, следовательно, нечувствительно к магнитному числу Рейнольдса. Измерительный электрод, расположенный на противоположной стороне трубы от индуктора, находится относительно далеко от магнитного поля возбуждения, поэтому имеет практически нулевой электрический потенциал, т.е. мало зависящий от значения расхода и Rem, в то время как на образующей трубы, где расположены пять электродов, электрическое поле существенно зависит от объемного расхода и магнитного числа Рейнольдса. Расстояние между этими пятью электродами выполнено с учетом применения метода интегрирования Гаусса по пяти точкам [3]. Такое расположение электродов позволяет обеспечить наиболее высокую точность интегрирования сигналов при минимальном числе электродов.The essence of the invention is as follows. A secondary magnetic field induced in a liquid metal is formed only at the edges of a portion of the working magnetic field distributed in the channel of the device. Moreover, if at the inlet along the flow it weakens the initial magnetic field, then at the outlet it amplifies it to the same extent. As a result of the addition of the initial and secondary magnetic fields, the resulting field did not change its integral value, but it turns out to be biased in the direction of motion of the liquid metal with slightly deformed front edges. The magnitude of the displacement of the magnetic field and the deformation of the edges are greater, the greater the magnetic Reynolds number. The displacement of the magnetic field of the excitation naturally causes a similar displacement of the induced electric field on the outer surface of the pipe. If we summarize the signals taken from several points located on an extended section of the pipe that captures the boundary zones, the total value of the signals is linearly related to the flow rate and, therefore, insensitive to the magnetic Reynolds number. The measuring electrode, located on the opposite side of the pipe from the inductor, is relatively far from the magnetic field of the excitation, therefore, it has practically zero electric potential, i.e. little dependent on the value of the flow rate and Re m , while on the generatrix of the pipe, where five electrodes are located, the electric field substantially depends on the volumetric flow rate and the magnetic Reynolds number. The distance between these five electrodes is made taking into account the application of the Gaussian integration method over five points [3]. This arrangement of electrodes allows for the highest accuracy of signal integration with a minimum number of electrodes.

На фиг.1 приведена схема конструкции предлагаемого электромагнитного расходомера жидкого металла.Figure 1 shows a design diagram of the proposed electromagnetic liquid metal flow meter.

Электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы 1, выполненной из нержавеющей стали, двухполюсного магнитопровода, состоящего из скобы 2 и двух полюсных пластин 3. На центральной части скобы 2 расположена индукционная катушка 4. Полюсные пластины 3 магнитопровода установлены на одной стороне трубы таким образом, что их оси проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол α, меньший 180°. К трубе приварены электроды, причем один электрод 5 расположен на пересечении с линией симметрии 7 образующей трубы, удален от индукционной катушки, а пять электродов 6 расположены на образующей трубы вблизи индукционной катушки 4.The electromagnetic liquid metal flow meter consists of a pipe 1 made of stainless steel, a bipolar magnetic circuit consisting of a bracket 2 and two pole plates 3. An induction coil 4 is located on the central part of the bracket 2. The pole plates 3 of the magnetic circuit are mounted on one side of the pipe so that their axes pass through the center of the channel perpendicular to the axis of the channel and form an angle α between themselves of less than 180 °. Electrodes are welded to the pipe, moreover, one electrode 5 is located at the intersection with the line of symmetry 7 of the generating pipe, is removed from the induction coil, and five electrodes 6 are located on the generating pipe near the induction coil 4.

Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. К индукционной катушке подводится электрический ток, в результате которого в канале трубы создается локальное магнитное поле между полюсными пластинами индуктора. При движении жидкого металла по каналу трубы в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое вызывает появление в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы циркуляционных токов. В результате протекания токов по стенке трубы создается электрическое поле, которое служит мерой объемного расхода жидкого металла. Измерительное устройство расходомера выполняет последовательно измерения разности потенциалов между одним измерительным электродом 5, находящимся удаленно от индуктора, и каждым из пяти других электродов 6, находящихся вблизи индуктора. Затем суммируются измеренные разности потенциалов с учетом их весовых коэффициентов, которые соответствуют методу интегрирования Гаусса по пяти точкам [3], и строится зависимость полученной суммы от расхода. При этом достигается линейная зависимость показаний от объемного расхода вне зависимости от магнитного числа Рейнольдса.An electromagnetic liquid metal flow meter operates as follows. An electric current is supplied to the induction coil, as a result of which a local magnetic field is created in the pipe channel between the pole plates of the inductor. When a liquid metal moves along a pipe channel in a liquid metal crossing a magnetic field, an electric field is excited, which causes circulation currents to appear in the liquid metal and the pipe wall in contact with it. As a result of the flow of currents along the pipe wall, an electric field is created, which serves as a measure of the volumetric flow rate of liquid metal. The measuring device of the flow meter sequentially measures the potential difference between one measuring electrode 5 located remotely from the inductor and each of the five other electrodes 6 located near the inductor. Then, the measured potential differences are summed up taking into account their weight coefficients, which correspond to the Gaussian integration method over five points [3], and the dependence of the obtained sum on the flow is constructed. In this case, a linear dependence of the readings on the volumetric flow rate is achieved, regardless of the magnetic Reynolds number.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности метрологических характеристик расходомера.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to improve the accuracy of the metrological characteristics of the flow meter.

ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

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

2. Патент RU №2474791, Бюлл. №4, 2013 г.2. Patent RU No. 2474791, Bull. No 4, 2013

3. Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике, Москва «Наука», 1984, 832.3. G. Korn, T. Korn, Handbook of Mathematics, Moscow "Science", 1984, 832.

Claims (1)

Электромагнитный расходомер жидких металлов, имеющий цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, два измерительных электрода, приваренных к внешней поверхности трубы, индуктор, имеющий индукционную катушку и магнитопровод, имеющий две полюсные пластины, соединенные скобой, причем полюсные пластины находятся на одной стороне трубы таким образом, что оси каждой полюсной пластины проходят через центр канала перпендикулярно оси канала и образуют между собой угол, меньший 180°, а измерительные электроды находятся диаметрально противоположно на линии, проходящей через центр канала трубы, индукционная катушка расположена на скобе таким образом, что линия, соединяющая измерительные электроды, является осью симметрии катушки, отличающийся тем, что вдоль образующей трубы, находящейся на равном расстоянии между полюсами индуктора внутри угла, меньшего 180°, относительно точки пересечения образующей с линией симметрии катушки расположены дополнительные четыре электрода со следующими координатами: ±0,538R и ±0,906R, где R - радиус канала. An electromagnetic liquid metal flow meter having a cylindrical pipe made of non-magnetic material, two measuring electrodes welded to the outer surface of the pipe, an inductor having an induction coil and a magnetic circuit having two pole plates connected by a bracket, the pole plates being on one side of the pipe in this way that the axes of each pole plate pass through the center of the channel perpendicular to the axis of the channel and form an angle of less than 180 ° with each other, and the measuring electrodes are of diameter It is opposite on the line passing through the center of the pipe channel, the induction coil is located on the bracket so that the line connecting the measuring electrodes is the axis of symmetry of the coil, characterized in that along the generatrix of the pipe at an equal distance between the poles of the inductor inside an angle smaller 180 °, relative to the point of intersection of the generatrix with the line of symmetry of the coil, there are an additional four electrodes with the following coordinates: ± 0.538R and ± 0.906R, where R is the radius of the channel.
RU2013138553/28A 2013-08-19 2013-08-19 Large-bore electromagnetic flow meter RU2555517C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138553/28A RU2555517C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Large-bore electromagnetic flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138553/28A RU2555517C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Large-bore electromagnetic flow meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013138553A RU2013138553A (en) 2015-02-27
RU2555517C2 true RU2555517C2 (en) 2015-07-10

Family

ID=53279242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013138553/28A RU2555517C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Large-bore electromagnetic flow meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2555517C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643691C1 (en) * 2017-02-16 2018-02-05 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Induction flowmeter of liquid metal
RU2797556C1 (en) * 2022-08-24 2023-06-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter for liquid metal

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2431118C2 (en) * 2009-12-28 2011-10-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter of liquid metals
RU2474791C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter for liquid metals

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2431118C2 (en) * 2009-12-28 2011-10-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter of liquid metals
RU2474791C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter for liquid metals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643691C1 (en) * 2017-02-16 2018-02-05 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Induction flowmeter of liquid metal
RU2797556C1 (en) * 2022-08-24 2023-06-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Electromagnetic flow meter for liquid metal

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013138553A (en) 2015-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2994683C (en) Inductive flow meter including extended magnetic pole pieces
CN107179104A (en) A kind of magneto liquid metal vortex-shedding meter and its application
US7267012B2 (en) Electromagnetic flowmeter including electrodes and magnetic pole placed in proximity on one side of the outer wall
CN105509824B (en) A kind of magneto flow of liquid metal gauge
CN104198000A (en) Oil-gas-water three-phase flow array type electromagnetic correlation flow measurement method
RU2654966C1 (en) Electromagnetic method to measure the low rate of a liquid metal
RU2555517C2 (en) Large-bore electromagnetic flow meter
RU107859U1 (en) ELECTROMAGNETIC FLOW CONVERTER
CN104019860A (en) Flowmeter integrating electromagnetism and ultrasonic and use method of flowmeter
RU2591277C1 (en) Magnetic flow meter of liquid metal
RU122767U1 (en) ELECTROMAGNETIC FLOW METER
RU127905U1 (en) FLUID METER FLOW METER
RU2518380C1 (en) Flow measurement electromagnetic method
Yang et al. Excitation structure design and magnetic field analysis of a new electromagnetic flowmeter based on magnetically permeable material
RU2474791C1 (en) Electromagnetic flow meter for liquid metals
RU112437U1 (en) DEVICE FOR MEASURING TURBULENT FLUID FLOW PARAMETERS (OPTIONS)
RU2643691C1 (en) Induction flowmeter of liquid metal
RU2797556C1 (en) Electromagnetic flow meter for liquid metal
CN203657868U (en) Electromagnetic and ultrasonic integrated-design flow meter
RU2516190C2 (en) Electromagnetic flow meter of liquid metals
WO2018193294A1 (en) An electromagnetic flowmeter
WO2018100447A1 (en) An attachable electromagnetic flowmeter
RU2502053C2 (en) Electromagnetic flow meter of liquid metals
Vadde et al. A review on non-invasive magnetic and electric field excited methods for flow characterisation of incompressible Newtonian low conductive liquids
RU2298767C2 (en) Electromagnetic vortex flowmeter converter applicable in liquid meter device