RU2716601C2 - Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal - Google Patents

Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal Download PDF

Info

Publication number
RU2716601C2
RU2716601C2 RU2018109655A RU2018109655A RU2716601C2 RU 2716601 C2 RU2716601 C2 RU 2716601C2 RU 2018109655 A RU2018109655 A RU 2018109655A RU 2018109655 A RU2018109655 A RU 2018109655A RU 2716601 C2 RU2716601 C2 RU 2716601C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
pipe
flow rate
coil
liquid
Prior art date
Application number
RU2018109655A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018109655A (en
RU2018109655A3 (en
Inventor
Иван Дмитриевич Вельт
Юлия Владимировна Михайлова
Надежда Борисовна Резникова
Виктор Константинович Судариков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор"
Priority to RU2018109655A priority Critical patent/RU2716601C2/en
Publication of RU2018109655A publication Critical patent/RU2018109655A/en
Publication of RU2018109655A3 publication Critical patent/RU2018109655A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2716601C2 publication Critical patent/RU2716601C2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: proposed invention relates to instrument-making, namely to measurement technique of liquid metals consumption by means of electromagnetic method, that is method based on interaction of a moving electroconductive liquid with a magnetic field. Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metals in a pipe consists in creation of a low-frequency pulse bipolar magnetic field in a pipe channel, in conversion by a moving liquid flow on the basis of Faraday law of this magnetic field into an electric signal between two electrodes welded to external surface of the pipe, and calculation of flow rate. At that, on the pipe there is a coil containing at least one coil covering the pipe central cross-section, with the help of the coil the magnetic field component is measured, which is directed along the pipe axis in the channel central cross-section, and as a result of its measurement, calculation and correction of flow meter reading eliminating effect of magnetic field deformation on measurement result of liquid metal consumption.
EFFECT: technical result is higher accuracy of measuring flow rate of liquid metals.
1 cl

Description

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью электромагнитного способа, т.е. способа, основанного на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиняется закону Фарадея, согласно которому в жидкости, движущейся в магнитном поле, индуктируется электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости движения жидкости.The present invention relates to instrumentation, and in particular to a technique for measuring the flow of liquid metals using an electromagnetic method, i.e. a method based on the interaction of a moving conductive fluid with a magnetic field. This interaction obeys the Faraday law, according to which an electromotive force (EMF) is proportional to the velocity of the fluid in a fluid moving in a magnetic field.

Известен способ измерения расхода жидкого металла, протекающего в магнитном поле через стальную немагнитную трубу [1, 2].A known method of measuring the flow rate of liquid metal flowing in a magnetic field through a steel non-magnetic pipe [1, 2].

Способ состоит в определении расхода жидкого металла по разности потенциалов между двумя электродами, приваренными к наружной поверхности трубы в точках, диаметрально противоположно расположенных по линии, перпендикулярной направлению магнитного поля. В расходомере [2] применен электромагнит, питаемый импульсным низкочастотным биполярным стабильным током. При этом мерой расхода является разность потенциалов между электродами в период, когда закончился переходный процесс, вызванный переключением полярности магнитного поля.The method consists in determining the flow rate of liquid metal by the potential difference between two electrodes welded to the outer surface of the pipe at points diametrically opposed along a line perpendicular to the direction of the magnetic field. In the flowmeter [2] an electromagnet is used, fed by a pulsed low-frequency bipolar stable current. In this case, the flow rate is the potential difference between the electrodes during the period when the transient process caused by switching the polarity of the magnetic field has ended.

Недостатком способа является нелинейность зависимости показаний объемного расхода жидкого металла при больших скоростях. Нелинейность характеристики расходомера вызвана циркуляционными токами в жидком металле, которые при больших скоростях генерируют вторичные магнитные поля, искажающие магнитное поле возбуждения и создающие частичный «вынос» его в направлении движения жидкого металла. Это явление называется магнитогидродинамическим эффектом (МГД), который характеризуется магнитным числом Рейнольдса (Rem), определяемым по следующей формуле:The disadvantage of this method is the nonlinearity of the dependence of the volumetric flow rate of the liquid metal at high speeds. The nonlinearity of the flowmeter characteristic is caused by circulating currents in the liquid metal, which at high speeds generate secondary magnetic fields that distort the magnetic field of excitation and create a partial "removal" of it in the direction of movement of the liquid metal. This phenomenon is called the magnetohydrodynamic effect (MHD), which is characterized by the magnetic Reynolds number (Re m ), determined by the following formula:

Rem=R × v × σ × μ,Re m = R × v × σ × μ,

где R - радиус канала - характерный линейный размер;where R is the radius of the channel is the characteristic linear size;

v - скорость потока;v is the flow rate;

σ - электропроводность измеряемой среды;σ is the electrical conductivity of the measured medium;

μ - магнитная проницаемость измеряемой среды.μ is the magnetic permeability of the measured medium.

Поскольку магнитное число Рейнольдса зависит от скорости потока, то «вынос» магнитного поля индуктора отсутствует при малых скоростях и постепенно возрастает с увеличением скорости, таким образом, возникает нелинейная зависимость показаний от расхода.Since the magnetic Reynolds number depends on the flow velocity, the “removal” of the magnetic field of the inductor is absent at low speeds and gradually increases with increasing speed, thus, a nonlinear dependence of the readings on flow occurs.

Предлагаемое изобретение устраняет указанный выше недостаток следующим образом. При применении предлагаемого способа кроме измерения разности потенциалов между электродами, производится измерение осевой компоненты магнитного поля (т.е. поля, направленного вдоль оси трубы) в центральном поперечном сечении канала.The present invention eliminates the above disadvantage as follows. When applying the proposed method, in addition to measuring the potential difference between the electrodes, the axial component of the magnetic field (i.e., the field directed along the pipe axis) is measured in the central cross section of the channel.

По результату измерения этой компоненты магнитного поля осуществляется вычисление и внесение поправки в показание расходомера, устраняющей нелинейность характеристики расходомера.Based on the result of measuring this component of the magnetic field, the meter is calculated and amended to correct the flowmeter, which eliminates the nonlinearity of the flowmeter characteristics.

Когда измеряемая среда (т.е. жидкий металл) неподвижна или имеет небольшую скорость движения, при которой магнитное число Рейнольдса не больше единицы, деформации магнитного поля практически нет. В этом случае в центральном поперечном канале отсутствует осевая компонента магнитного поля. При увеличении скорости потока магнитное поле индуктора деформируется, смещаясь в направлении движения жидкого металла. В этом случае, в центральном поперечном сечении канала появляется осевая компонента магнитного поля, направленная навстречу движению жидкого металла. Чем больше скорость потока, т.е. чем выше Rem, тем больше в центральном поперечном сечении канала осевая компонента магнитного поля.When the medium being measured (i.e., liquid metal) is stationary or has a small speed of motion at which the magnetic Reynolds number is not more than unity, there is practically no deformation of the magnetic field. In this case, the axial component of the magnetic field is absent in the central transverse channel. With increasing flow velocity, the magnetic field of the inductor is deformed, shifting in the direction of motion of the liquid metal. In this case, in the central cross section of the channel, an axial component of the magnetic field appears, directed towards the movement of the liquid metal. The greater the flow rate, i.e. the higher Re m , the greater the axial component of the magnetic field in the central cross section of the channel.

В предлагаемом изобретении величина осевой компоненты магнитного поля измеряется и используется для вычисления поправки результата измерения расхода, устраняющей нелинейность характеристики расходомера, вызванную влиянием магнитного числа Рейнольдса.In the present invention, the magnitude of the axial component of the magnetic field is measured and used to calculate the correction of the result of the flow measurement, eliminating the non-linearity of the flowmeter characteristics caused by the influence of the magnetic Reynolds number.

Для измерения осевой компоненты магнитного поля в конструкции расходомера предусматривается катушка, витки которой расположены по внешнему периметру трубы в центральном поперечном сечении канала. В большинстве случаев достаточно одного витка. Катушка может включать цепь электрод - измеряемая среда - электрод.To measure the axial component of the magnetic field, a coil is provided in the flowmeter design, the turns of which are located on the outer perimeter of the pipe in the central cross section of the channel. In most cases, one turn is enough. The coil may include an electrode - medium - electrode circuit.

Поскольку плоскость витка катушки находится в плоскости симметрии индуктора, осевая составляющая магнитного поля отсутствует в плоскости витка. При скоростях потока жидкого металла, соответствующих значительным магнитным числам Рейнольдса, магнитное поле индуктора претерпевает «вынос», нарушается симметричность магнитного поля относительно плоскости, в которой расположен виток индукционной катушки. Появляется осевая компонента магнитного поля, т.е. компонента поля, направленная по нормали к плоскости витка катушки. Поскольку магнитное поле индуктора создается импульсным низкочастотным биполярным стабильным током, то в витке катушки появляется ЭДС, пропорциональная осевой компоненте магнитного поля и частоте переключения его полярности. Работа расходомера осуществляется следующим образом.Since the plane of the coil coil is in the plane of symmetry of the inductor, the axial component of the magnetic field is absent in the plane of the coil. At liquid metal flow velocities corresponding to significant Reynolds magnetic numbers, the inductor’s magnetic field undergoes “removal”, the symmetry of the magnetic field with respect to the plane in which the coil of the induction coil is located is violated. The axial component of the magnetic field appears, i.e. field component normal to the plane of the coil. Since the magnetic field of the inductor is generated by a pulsed low-frequency bipolar stable current, an EMF appears in the coil coil, which is proportional to the axial component of the magnetic field and the frequency of switching its polarity. The flow meter is as follows.

Индуктор создает импульсное биполярное магнитное поле низкой частоты (0,5-5) Гц. Если витки катушки не связаны с цепью электродов, то в катушке индуцируется только квадратурная компонента сигнала, т.е. ЭДС, пропорциональная напряженности осевой компоненты магнитного поля и частоте изменения ее полярности.The inductor creates a pulsed bipolar magnetic field of low frequency (0.5-5) Hz. If the coil turns are not connected to the electrode circuit, then only the quadrature component of the signal is induced in the coil, i.e. EMF proportional to the strength of the axial component of the magnetic field and the frequency of change of its polarity.

Сигнал, снимаемый с электродов состоит из двух компонент: квадратурной и синфазной.The signal taken from the electrodes consists of two components: quadrature and common mode.

Квадратурная компонента индуцируется осевой компонентой магнитного поля, она проявляется только в период переходного процесса, вызванного переключением полярности магнитного поля. Синфазная компонента сигнала измеряется в те моменты времени, когда магнитное поле устанавливается постоянным. Эта компонента характеризует объемный расход. Причем на синфазную компоненту сигнала влияет деформация магнитного поля, вызванная МГД-эффектом, характеризуемым магнитным числом Рейнольдса. Чем значительней деформация магнитного поля индуктора, тем слабее отношение синфазной компоненты сигнала к скорости потока.The quadrature component is induced by the axial component of the magnetic field, it appears only during the transition process caused by the switching of the polarity of the magnetic field. The in-phase component of the signal is measured at those times when the magnetic field is set constant. This component characterizes volumetric flow. Moreover, the in-phase component of the signal is affected by the deformation of the magnetic field caused by the MHD effect, characterized by the magnetic Reynolds number. The more significant the deformation of the magnetic field of the inductor, the weaker the ratio of the in-phase component of the signal to the flow velocity.

Рассмотрим вариант предлагаемого изобретения, в котором в катушку включена цепь электрод - измеряемая среда - электрод. В этом случае измерение сигнала между электродами выполняется дважды. Первый раз измерение сигнала производится в период, соответствующий времени переходного процесса, вызванного переключением полярности магнитного поля, а второй раз - в период, характеризуемый временем установившегося постоянного магнитного поля индуктора.Consider a variant of the invention, in which an electrode –measured medium – electrode circuit is included in the coil. In this case, the signal between the electrodes is measured twice. The first time the signal is measured in a period corresponding to the time of the transition process caused by switching the polarity of the magnetic field, and the second time in a period characterized by the time of the steady-state constant magnetic field of the inductor.

Во время первого измерения определяется квадратурная компонента сигнала, а во время второго измерения определяется синфазная компонента сигнала.During the first measurement, the quadrature component of the signal is determined, and during the second measurement, the in-phase component of the signal is determined.

Рассмотрим вариант предлагаемого изобретения, в котором витки катушки не связанны с цепью электродов и измеряемой средой. В этом случае измерение квадратурной компоненты сигнала выполняется у катушки в период, соответствующий времени переходного процесса, вызванный переключением полярности магнитного поля, а синфазную компоненту сигнала измеряют с помощью электродов в период, характеризуемый временем установившегося постоянного магнитного поля индуктора.Consider a variant of the invention, in which the turns of the coil are not connected with the electrode circuit and the measured medium. In this case, the measurement of the quadrature component of the signal is performed at the coil for a period corresponding to the transient time caused by switching the polarity of the magnetic field, and the in-phase component of the signal is measured using electrodes in a period characterized by the time of the steady-state constant magnetic field of the inductor.

Применение предлагаемого изобретения повышает точность измерения расхода жидких металлов.The application of the invention improves the accuracy of measuring the flow of liquid metals.

ИсточникиSources

1. П.П. Кремлевский, «Измерение расхода многофазных потоков», изд. Машиностроение, Ленинград, 1982.1. P.P. Kremlevsky, “Measurement of the flow rate of multiphase flows”, ed. Engineering, Leningrad, 1982.

2. Вельт И.Д., Михайлова Ю.В. Новое поколение электромагнитных расходомеров жидких металлов, Приборы, №6, 2012, стр. 6.2. Welt I.D., Mikhailova Yu.V. A New Generation of Electromagnetic Liquid Metal Flow Meters, Devices, No. 6, 2012, p. 6.

Claims (2)

1. Электромагнитный способ измерения расхода жидких металлов в трубе, заключающийся в создании низкочастотного импульсного биполярного магнитного поля в канале трубы, в преобразовании движущимся потоком жидкости на основе закона Фарадея этого магнитного поля в электрический сигнал между двумя электродами, приваренными к внешней поверхности трубы, и вычислении величины расхода, отличающийся тем, что на трубе имеется катушка, содержащая по крайней мере один виток, охватывающий центральное поперечное сечение трубы, с помощью катушки производится измерение компоненты магнитного поля, направленной вдоль оси трубы в центральном поперечном сечении канала, и по результату ее измерения производится вычисление и внесение поправки в показание расходомера, устраняющей влияние деформации магнитного поля на результат измерения расхода жидкого металла.1. The electromagnetic method of measuring the flow rate of liquid metals in a pipe, which consists in creating a low-frequency pulsed bipolar magnetic field in a pipe channel, in converting a moving fluid stream based on the Faraday law of this magnetic field into an electrical signal between two electrodes welded to the outer surface of the pipe, and calculating flow rate, characterized in that the pipe has a coil containing at least one turn, covering the Central cross section of the pipe, using a coil about zvoditsya measuring magnetic field components directed along the axis of the pipe in the central channel cross-section, and the result of its measurement and calculation is made an amendment to the meter reading, eliminating the influence of deformation of the magnetic field on the measurement result of the liquid metal flow. 2. Электромагнитный способ измерения расхода жидких металлов в трубе по п. 1, отличающийся тем, что катушка включает цепь электрод - измеряемая среда - электрод.2. The electromagnetic method for measuring the flow rate of liquid metals in a pipe according to claim 1, characterized in that the coil includes an electrode-medium medium-electrode circuit.
RU2018109655A 2018-03-20 2018-03-20 Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal RU2716601C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109655A RU2716601C2 (en) 2018-03-20 2018-03-20 Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109655A RU2716601C2 (en) 2018-03-20 2018-03-20 Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018109655A RU2018109655A (en) 2019-09-23
RU2018109655A3 RU2018109655A3 (en) 2020-02-10
RU2716601C2 true RU2716601C2 (en) 2020-03-13

Family

ID=68083810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109655A RU2716601C2 (en) 2018-03-20 2018-03-20 Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716601C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114877958A (en) * 2022-05-10 2022-08-09 西北核技术研究所 Liquid metal electromagnetic flowmeter based on magnetic freezing effect and measuring method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317456A1 (en) * 2003-04-16 2004-11-18 Siemens Flow Instruments A/S Method for operating a magnetic-inductive flow meter
DE102014007426A1 (en) * 2013-07-01 2015-01-08 Krohne Messtechnik Gmbh Magnetic-inductive flowmeter and method for operating a magnetic-inductive Druchflussmessgeräts
RU2559117C2 (en) * 2013-08-30 2015-08-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Conductometric method to measure liquid level
RU2591260C1 (en) * 2015-05-14 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" (АО "НИИТеплоприбор") Electromagnetic flowmeter of liquid metals
RU2654966C1 (en) * 2017-07-11 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Electromagnetic method to measure the low rate of a liquid metal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317456A1 (en) * 2003-04-16 2004-11-18 Siemens Flow Instruments A/S Method for operating a magnetic-inductive flow meter
DE102014007426A1 (en) * 2013-07-01 2015-01-08 Krohne Messtechnik Gmbh Magnetic-inductive flowmeter and method for operating a magnetic-inductive Druchflussmessgeräts
RU2559117C2 (en) * 2013-08-30 2015-08-10 Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" Conductometric method to measure liquid level
RU2591260C1 (en) * 2015-05-14 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" (АО "НИИТеплоприбор") Electromagnetic flowmeter of liquid metals
RU2654966C1 (en) * 2017-07-11 2018-05-23 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" Electromagnetic method to measure the low rate of a liquid metal

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018109655A (en) 2019-09-23
RU2018109655A3 (en) 2020-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2872106C (en) Electromagnetic flow rate measurement system and calibrator therefor
RU2654966C1 (en) Electromagnetic method to measure the low rate of a liquid metal
US20230213367A1 (en) Method of operating a magnetically-inductive flowmeter
CN101545795A (en) Fluent metal electrical flow meter
RU2553426C2 (en) Electromagnetic flow meter, electromagnetic flow velocity measurement system and electromagnetic flow velocity measurement method
JP2002328052A (en) Magnet guidance flowmeter and magnet guidance flow measuring method for fluid
RU2716601C2 (en) Electromagnetic method of measuring flow rate of liquid metal
RU2431118C2 (en) Electromagnetic flow meter of liquid metals
CN114787587A (en) Method for operating a magneto-inductive flow meter and magneto-inductive flow meter
US9599494B2 (en) Method for operating a magnetic-inductive flowmeter with improved compensation of the interfering voltage
RU2591260C1 (en) Electromagnetic flowmeter of liquid metals
Vel’t et al. Magnetic flowmeter for fast sodium reactors
CN104956190B (en) So that the method for magnetic induction flowmeter work
RU2489686C2 (en) Electromagnetic method of flow measurement
RU2308685C1 (en) Method of measuring flow rate
RU2518380C1 (en) Flow measurement electromagnetic method
KR100467314B1 (en) Electromagnetic Flowmeter
RU2310816C2 (en) Vortex electromagnetic converter of liquid metal flow rate
RU2502053C2 (en) Electromagnetic flow meter of liquid metals
RU2643691C1 (en) Induction flowmeter of liquid metal
RU2555517C2 (en) Large-bore electromagnetic flow meter
US9791305B2 (en) Apparatus for measuring a liquid flow
RU2791036C1 (en) Correlation method for determining the flow rate of liquid metal and electrodeless electromagnetic flowmeter of liquid metal "pif" (perm induction flowmeter) for its implementation
US20200217698A1 (en) Magnetic flowmeter with media conductivity measurement
US6508116B1 (en) Water bike equipped with speed meter