RU2555517C2 - Large-bore electromagnetic flow meter - Google Patents
Large-bore electromagnetic flow meter Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
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 )
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)
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)
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)
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 |
-
2013
- 2013-08-19 RU RU2013138553/28A patent/RU2555517C2/en active
Patent Citations (2)
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)
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 |