RU2778429C1 - Liquid metal electromagnetic flow meter - Google Patents
Liquid metal electromagnetic flow meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778429C1 RU2778429C1 RU2021135370A RU2021135370A RU2778429C1 RU 2778429 C1 RU2778429 C1 RU 2778429C1 RU 2021135370 A RU2021135370 A RU 2021135370A RU 2021135370 A RU2021135370 A RU 2021135370A RU 2778429 C1 RU2778429 C1 RU 2778429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow meter
- magnetic circuit
- pipe
- metal
- electrodes
- Prior art date
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title abstract description 12
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода жидких металлов.The invention relates to instrumentation, in particular to the field of flow measurement by the electromagnetic method, and can be used to measure the flow of liquid metals.
Известен электромагнитный расходомер (см. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1989 г., 701 с., ил.), содержащий трубу, выполненную из немагнитного материала, магнитопровод, две индукционные катушки, расположенные на внешней поверхности трубы диаметрально противоположно друг другу, два электрода, введенные в канал напротив друг друга по диаметру трубы, клеммную колодку, к которой подведены провода от индукционных катушек и от электродов, и металлический кожух, охватывающий всю конструкцию расходомера, т.е. трубу с электродами, магнитопровод, индукционные катушки и клеммную колодку.Known electromagnetic flow meter (see Kremlevskiy P.P. Flowmeters and quantity counters. Mashinostroenie Publishing House, Leningrad, 1989, 701 p., ill.), containing a pipe made of non-magnetic material, a magnetic circuit, two induction coils located on the outer surface of the pipe diametrically opposite to each other, two electrodes inserted into the channel opposite each other along the diameter of the pipe, a terminal block to which wires from induction coils and electrodes are connected, and a metal casing covering the entire structure of the flowmeter, i.e. a pipe with electrodes, a magnetic circuit, induction coils and a terminal block.
Расходомер работает следующим образом. При протекании тока по виткам индукционных катушек в рабочем объеме канала возбуждается магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через ось электродов и ось канала. При движении электропроводной жидкости по каналу трубы в его рабочем объеме, согласно закону Фарадея, индуцируется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости потока измеряемой жидкости. Индуцируемое электрическое поле, используется в качестве меры объемного расхода измеряемой среды и измеряется с помощью двух электродов.The flow meter works as follows. When the current flows through the turns of the induction coils in the working volume of the channel, a magnetic field is excited, directed perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes and the axis of the channel. When an electrically conductive liquid moves through a pipe channel in its working volume, according to Faraday's law, an electric field is induced, the strength of which is proportional to the flow rate of the measured liquid. The induced electric field is used as a measure of the volume flow of the measured medium and is measured using two electrodes.
Такое техническое решение является типовым для общепромышленного электромагнитного расходомера и широко используется в приборостроении для измерения расхода электропроводных жидкостей с температурой не более 180-200°С.This technical solution is typical for a general industrial electromagnetic flow meter and is widely used in instrumentation to measure the flow of electrically conductive liquids with a temperature of not more than 180-200°C.
Ограничения по температуре, в частности, объясняются тем, что индукционные катушки расположены внутри кожуха в тесном объеме вместе с трубой и при длительной эксплуатации нагреваются приблизительно до температуры, близкой температуре измеряемой среды.Temperature limitations, in particular, are explained by the fact that the induction coils are located inside the casing in a close volume together with the pipe and, during long-term operation, are heated to approximately a temperature close to the temperature of the medium being measured.
Недостатком указанного расходомера является сложность измерения расхода жидких металлов, рабочая температура которых достигает 300-500°С и более.The disadvantage of this flow meter is the difficulty of measuring the flow of liquid metals, the operating temperature of which reaches 300-500°C or more.
Известен электромагнитный расходомер (см. патент на изобретение РФ №2502053, опубл. 2013.12.20), имеющий трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, приваренные к внешней поверхности трубы, магнитопровод С-образной формы с двумя полюсными наконечниками и индукционную катушку. У каждого полюсного наконечника указанного расходомера предусмотрена сквозная поперечная прорезь, пролегающая от края полюсного наконечника до места его соединения с магнитопроводом. Поперечная прорезь в полюсном наконечнике указанного расходомера разрывает контуры токов Фуко и устраняет их влияние на результат измерения расхода.An electromagnetic flow meter is known (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2502053, publ. 2013.12.20), having a pipe made of non-magnetic material, two electrodes welded to the outer surface of the pipe, a C-shaped magnetic circuit with two pole pieces and an induction coil. Each pole piece of said flow meter has a through transverse slot extending from the edge of the pole piece to the point of its connection with the magnetic circuit. A transverse slot in the pole piece of this flow meter breaks the Foucault current circuits and eliminates their influence on the flow measurement result.
Но наличие таких прорезей может приводить к перераспределению магнитного поля, делая его неоднородным, что является недостатком вышеуказанного устройства.But the presence of such slots can lead to a redistribution of the magnetic field, making it non-uniform, which is a disadvantage of the above device.
Наиболее близким известным аналогом к предлагаемому устройству, выбранным за прототип, является электромагнитный расходомер (см. патент на изобретение РФ №2502958, опубл. 2013.12.27), содержащий трубу, выполненную из немагнитного материала, два электрода, магнитопровод с полюсными наконечниками и кожух, внутри которого располагаются индукционная катушка и клеммная колодка. Остальная часть магнитопровода с полюсными наконечниками и труба с электродами расположена вне кожуха, причем кожух имеет отверстие для подвода электродов к клеммной колодке, а труба обмотана теплоизоляционной лентой.The closest known analogue to the proposed device, selected as a prototype, is an electromagnetic flowmeter (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2502958, publ. 2013.12.27), containing a pipe made of non-magnetic material, two electrodes, a magnetic circuit with pole pieces and a casing, inside which there is an induction coil and a terminal block. The rest of the magnetic circuit with pole pieces and the pipe with electrodes are located outside the casing, and the casing has a hole for supplying electrodes to the terminal block, and the pipe is wrapped with heat-insulating tape.
В указанном расходомере единственная индукционная катушка заключена в замкнутый металлический кожух и не охлаждается даже естественным способом.In the specified flow meter, the only induction coil is enclosed in a closed metal casing and is not cooled even in a natural way.
Для того, чтобы она не перегревалась, в ней должен быть небольшой ток, а, значит, магнитное поле в зазоре может быть недостаточно большим, а чувствительность расходомера недостаточно высокая, особенно на небольших расходах.In order for it not to overheat, it must have a small current, which means that the magnetic field in the gap may not be large enough, and the sensitivity of the flow meter is not high enough, especially at low flow rates.
На величину магнитного поля в зазоре, а значит и на чувствительность расходомера также влияют токи Фуко, наводящиеся в сердечнике. Чем их наводится меньше, тем меньше потери электромагнитной энергии и больше магнитное поле в зазоре.The magnitude of the magnetic field in the gap, and hence the sensitivity of the flow meter, is also affected by the Foucault currents induced in the core. The less they are induced, the less the loss of electromagnetic energy and the greater the magnetic field in the gap.
Таким образом, недостатками устройства являются:Thus, the disadvantages of the device are:
1. Сложность измерения расхода жидких металлов, рабочая температура которых достигает 300-450°С.1. The complexity of measuring the flow of liquid metals, the operating temperature of which reaches 300-450°C.
2. Низкая чувствительность расходомера, особенно на небольших расходах.2. Low sensitivity of the flow meter, especially at low flow rates.
Целями предлагаемого изобретения являются: измерение расхода жидких металлов, рабочая температура которых достигает 450°С, и повышение чувствительности расходомера и его надежности.The objectives of the present invention are: measuring the flow of liquid metals, the operating temperature of which reaches 450°C, and increasing the sensitivity of the flow meter and its reliability.
Для достижения этих целей предлагается электромагнитный расходомер, имеющий трубу, выполненную из немагнитного материала и обмотанную теплоизоляционным материалом, два электрода, магнитопровод, индукционную катушку, клеммную колодку и кожух, при этом магнитопровод, состоящий из электрически изолированных пластин, является разборным и имеет Ф-образную форму, а расходомер содержит три клеммные колодки, две индукционные катушки, расположенные на плечах магнитопровода, два кожуха, имеющих трехслойную структуру - металл-минеральная вата-металл, один из которых полностью закрывает магнитопровод, а второй - часть трубы, а основные элементы расходомера крепятся на раму, приваренную к трубе.To achieve these goals, an electromagnetic flow meter is proposed, which has a pipe made of non-magnetic material and wrapped with heat-insulating material, two electrodes, a magnetic circuit, an induction coil, a terminal block and a casing, while the magnetic circuit, consisting of electrically insulated plates, is collapsible and has an F-shaped shape, and the flow meter contains three terminal blocks, two induction coils located on the arms of the magnetic circuit, two casings with a three-layer structure - metal-mineral wool-metal, one of which completely closes the magnetic circuit, and the second - part of the pipe, and the main elements of the flow meter are attached on a frame welded to the pipe.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что магнитопровод, состоящий из электрически изолированных пластин, является разборным и имеет Ф-образную форму, а расходомер содержит три клеммные колодки, две индукционные катушки, расположенные на плечах магнитопровода, два кожуха, имеющих трехслойную структуру - металл-минеральная вата-металл, один из которых полностью закрывает магнитопровод, а второй - часть трубы, а основные элементы расходомера крепятся на раму, приваренную к трубе.A distinctive feature of the proposed device is that the magnetic circuit, consisting of electrically insulated plates, is collapsible and has an F-shape, and the flow meter contains three terminal blocks, two induction coils located on the arms of the magnetic circuit, two casings having a three-layer structure - metal - mineral wool-metal, one of which completely closes the magnetic circuit, and the second - part of the pipe, and the main elements of the flowmeter are mounted on a frame welded to the pipe.
Сущность предлагаемого решения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где приведены схема конструкции предлагаемого электромагнитного расходомера жидкого металла и фото его общего вида соответственно.The essence of the proposed solution is illustrated in Fig. 1 and FIG. 2, which shows the design diagram of the proposed liquid metal electromagnetic flowmeter and a photo of its general view, respectively.
Электромагнитный расходомер жидкого металла состоит из трубы 1, выполненной из нержавеющей стали, с электродами 2, приваренными к внешней поверхности трубы по линии, перпендикулярной линии, соединяющей центры полюсов индуктора.The liquid metal electromagnetic flowmeter consists of a
Расходомер имеет индуктор, состоящий из наборного разъемного магнитопровода Ф-образной формы 3, двух индукционных катушек 4, расположенных на плечах магнитопровода 3, и кожухов 5 и 6.The flow meter has an inductor consisting of a detachable f-shaped
Кожухи 5 и 6 вмещают в себя целиком магнитопровод 3 и участок трубы 1, соответственно. Колодки 7 для подключения электродов 2 к измерительной системе (на рисунке не показана) и индукционных катушек 4 к источнику тока расположены в холодной зоне.
Труба 1 с электродами 2 обмотана теплоизоляционной лентой 8, например, стеклотканью. Все основные элементы расходомера крепятся на раму 9 при помощи болтовых соединений.
Сама рама 9 жестко крепится к трубе 1 посредством четырех перегородок 10, приваренных к трубе в местах нулевого потенциала.The
Рама 9 защищает индукционные катушки 4 от механических повреждений, а также предотвращает сдвиг магнитопровода 3 относительно трубы 1.The
Магнитопровод 3 является разъемным по линии 11. Для минимизации немагнитного зазора магнитопровод 3 стягивается при помощи прижимных пластин 12 и шпилек.The
Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом.Electromagnetic liquid metal flowmeter operates as follows.
Через клеммную колодку 7 к индукционным катушкам 4, подключенным последовательно, подводится электрический ток, в результате которого в канале трубы 1 создается магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через линию, соединяющую электроды 2 и ось трубы 1.Through the
При движении по каналу трубы 1 в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое является мерой объемного расхода и измеряется с помощью электродов 2, приваренных к поверхности трубы 1.When moving along the channel of
Расходомер выполнен таким образом, что часть трубы и весь магнитопровод расположены в кожухах, которые обладают хорошими теплоизоляционными свойствами за счет трехслойной структуры металл-минеральная вата-металл.The flow meter is made in such a way that part of the pipe and the entire magnetic circuit are located in casings, which have good thermal insulation properties due to the three-layer metal-mineral wool-metal structure.
Катушки и клеммные колодки при этом находятся в холодной зоне и могут охлаждаться как естественной конвекцией, так и принудительным обдувом.Coils and terminal blocks are located in the cold zone and can be cooled by both natural convection and forced airflow.
Для увеличения чувствительности расходомера на малых расходах, магнитопровод имеет форму буквы Ф, что позволяет использовать две индукционные катушки для увеличения величины магнитного поля в зазоре (рабочее значение - 25 мТл).To increase the sensitivity of the flow meter at low flow rates, the magnetic circuit has the shape of the letter F, which allows the use of two induction coils to increase the magnetic field in the gap (operating value - 25 mT).
Для уменьшения наведения токов Фуко магнитопровод состоит из множества электрически изолированных пластин, также являясь разборным.To reduce the induction of Foucault currents, the magnetic core consists of a plurality of electrically insulated plates, also being collapsible.
Кроме того, участок трубы, расположенный вблизи плоскости электродов и магнитопровода, обматывается теплоизоляционной лентой 8, например стеклотканью для того, чтобы тепло от трубы 1 меньше передавалось магнитопроводу, и чтобы магнитопровод не шунтировал цепь, содержащую электроды.In addition, the section of the pipe located near the plane of the electrodes and the magnetic circuit is wrapped with a heat-
Для повышения надежности расходомер монтируется на раму, обеспечивающую монолитность конструкции расходомера и защищающую катушки индуктивности от механических повреждений.To improve reliability, the flowmeter is mounted on a frame that ensures the solidity of the flowmeter design and protects the inductors from mechanical damage.
Выходные параметры устройстваDevice output parameters
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2778429C1 true RU2778429C1 (en) | 2022-08-18 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110056307A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Yamatake Corporation | Electromagnetic flowmeter |
RU2431118C2 (en) * | 2009-12-28 | 2011-10-10 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter of liquid metals |
RU2502053C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter of liquid metals |
RU2502958C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110056307A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Yamatake Corporation | Electromagnetic flowmeter |
RU2431118C2 (en) * | 2009-12-28 | 2011-10-10 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter of liquid metals |
RU2502053C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter of liquid metals |
RU2502958C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" | Electromagnetic flow meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101086457B (en) | Method and device for fluid flow parameters determination | |
RU2008146767A (en) | MAGNETIC INDUCTIVE MEASURING TRANSMITTER | |
RU2778429C1 (en) | Liquid metal electromagnetic flow meter | |
Khalilov et al. | A combined liquid sodium flow measurement system | |
RU116229U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW METER OF LIQUID METAL | |
Rajan et al. | Development of side wall type permanent magnet flowmeter for sodium flow measurement in large pipes of SFRs | |
RU2527134C2 (en) | Electromagnetic large-diameter flow meter | |
RU2518380C1 (en) | Flow measurement electromagnetic method | |
US3937080A (en) | Electromagnetic apparatus for measuring the flow velocity of an electrically conductive fluid and method of calibration thereof | |
US2770130A (en) | Magnetic flow meter | |
Vel’t et al. | Magnetic flowmeter for fast sodium reactors | |
RU2516190C2 (en) | Electromagnetic flow meter of liquid metals | |
US10976221B2 (en) | Magnetic gas turbine sensor | |
CN103278201B (en) | A kind of flow sensor and application thereof | |
RU2502958C2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
RU2591277C1 (en) | Magnetic flow meter of liquid metal | |
RU2502053C2 (en) | Electromagnetic flow meter of liquid metals | |
RU133289U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LIQUID METAL CONSUMPTION BASED ON ELECTROMAGNETIC PUMP | |
CN111771104B (en) | Electromagnetic flowmeter | |
RU2558635C1 (en) | Method of verification of electromagnetic flowmeter of liquid metals | |
RU2589758C1 (en) | Vortex electromagnetic flow meter | |
RU218022U1 (en) | Device for measuring electrical conductivity | |
RU2556275C2 (en) | Inductive meter of tubular channel curve | |
RU2555517C2 (en) | Large-bore electromagnetic flow meter | |
RU2523768C1 (en) | Electromagnetic flowmeter of liquid metals |