Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 15 )

Если постоянный магнит нельзя демонтировать, то магнитное поле в рабочей области определяется по измерению индукции в поле рассеяния или в специальной для этой цели предусмотренной нише (щели) в магнитопроводе.

3. Проверка узла трубы. Для этого:

– собирается схема проверки, изображенная на рис. 1;

НИ – нуль-индуктор,

ИУ– измерительное устройство расходомера,

РИТ – регулируемый источник тока.

Рис. 1. Схема соединений при проверке узла трубы магнитного расходомера

– с помощью регулируемого источника тока РИТ устанавливается ток j, при котором разность потенциалов между электродами равняется нулю. Контроль нулевого напряжения между электродами производится с помощью нуль-индикатора. Для повышения точности желательно иметь потенциальные и токовые электроды, приваренные к одним и тем же точкам на внешней стенке трубопровода;

– измерительное устройство расходомера подключается к образцовому сопротивлению и считываются показания расходомера;

– затем измерительное устройство подключается к электродам в штатном режиме прибора, при этом РИТ и НИ отключаются. Вновь фиксируются показания расходомера;

– эти измерения повторяют несколько раз. Предполагается, что за весь период измерений поток жидкого металла протекает по трубопроводу с неизменной скоростью;

– по усредненным разностям полученных показаний расходомера вычисляется погрешность узла трубопровода;

– случайная погрешность измерений характеризует нестабильность контактного сопротивления и турбулентность потока в технологическом трубопроводе.

Обоснование приведенной методики поверки узла трубы

Предлагаемая схема позволяет воспроизвести сигнал, пропорциональный скорости потока, при отсутствии тока в стенке, а, следовательно, при отсутствии влияния изменения сопротивления стенки.

Для наглядности пояснений на рис. 2 приведена упрощенная электрическая эквивалентная схема узла трубы расходомера.

Рис. 2 Эквивалентная схема узла трубы магнитного расходомера

На схеме приняты следующие обозначения: Е – ЭДС, индуцированная в канале в результате взаимодействия скорости потока с магнитным полем, r – внутреннее электрическое сопротивление источника ЭДС (сопротивление теплоносителя), R – сопротивление стенок трубы, U – напряжение между электродами, j – ток от стороннего источника.

Напряжение между электродами U описывается выражением:

(3)

Из выражения (3) следует, что когда сторонний ток j, пропускаемый через стенку равен , то разность потенциалов между электродами U=0. Электрические потенциалы в любом месте внутри стенки становится одинаковыми между собой и не зависят от сопротивления стенки R.

В этом случае ток j несет информацию только об ЭДС Е и сопротивлении теплоносителя r и не зависит от сопротивления стенки.

Сравнивая показания поверяемого прибора в двух режимах: штатном режиме, когда ток течет через стенку (разность потенциалов между электродами зависит от сопротивления R), и при режиме поверки, когда ток в стенке отсутствует, можно определить погрешность, вызванную изменением шунтирующего эффекта.

Предполагается, что внутреннее сопротивление измеряемой среды r в процессе эксплуатации прибора не изменяется, за исключением её зависимости от температуры. Температура теплоносителя контролируется и учитывается при расчете погрешности прибора.

Если известен температурный коэффициент сопротивления (ТКС) теплоносителя, и его рабочая температура, то рассматриваемая схема позволяет также измерять температурную погрешность узла трубы. Расчеты показывают, что Е изменяется от 0 до нескольких мВ, сопротивление r составляет несколько мОм, а ток j изменяется от 0 до 0,5 А.

Схема поверки предварительно должна быть подстроена под поверяемый расходомер.

Эту операцию можно выполнить на градуировочном стенде или даже на технологическом трубопроводе в период начала эксплуатации расходомера, т. е. в то время, когда шунтирующее действие стенок у прибора соответствует его градуировке.

Подстройка схемы осуществляется следующим образом. Измерительное устройство подключается к образцовому сопротивлению R0 и его величина устанавливается такой, чтобы показания измерительного устройства при том же расходе совпадали с показаниями прибора в штатном режиме.

Дополнительные замечания следующие.

– Сопротивление R0 составляет несколько МОм. Для удобства воспроизведения сопротивления R0, оно составляется из однозвенной или двухзвенной цепочки образцовых резисторов, обладающих большими значениями сопротивлений (например, как в калибраторе электромагнитных расходомеров общепромышленного назначения).

– Для удобства поверки целесообразно в паспорт на расходомер заносить ТКС теплоносителя, значение R0 и рабочую температуру, при которой оно измерено.

– Значение сопротивления стенки влияет на чувствительность схемы поверки. Поскольку возможные изменения сопротивления R незначительны, то схема поверки практически имеет одинаковую чувствительность в течение всего срока эксплуатации прибора.

Используя описанный выше принцип действия схемы поверки, можно разработать магнитный расходомер, нечувствительный к изменению шунтирующего действия стенок канала. Заметим, что у такого расходомера существенно упрощается расчетная градуировка. ОАО “НИИТеплоприбор” имеет возможность создать подобный расходомер.

Литература

1. Кремлевский  расхода многофазных потоков. – Л.: Машиностроение, 1982.

2. Дукуре Р. К., Упит  вопросы контактных свойств металлических поверхностей. – В кн.: Прикладная магнитная гидродинамика – Рига: Изд. АН Латв. ССР, 1961. – С. 237-249.

3. Логинов Н. И. О влиянии концевых эффектов на чувствительность расходомера – Магнитная гидродинамика, 1969, №1– С. 146-147.

Авторы

Россия, Москва, 129085, пр. Мира, 95

– зав. лабораторией, ГНЦ “НИИТеплопри-бор”, д. т.н.

Тел/

E-mail: *****@***ru

– зав. лабораторией, ГНЦ “НИИТепло-прибор”, к. ф.-м. н.

Тел/

E-mail: *****@***ru

,

Экспериментальное исследование
электромагнитных расходомеров

Сигнал, возбуждаемый на электродах электромагнитного расходомера (ЭМР) пропорционален интегральному значению распределения скорости потока по поперечному сечению канала, т. е. объемному расходу. Это свойство не характерно для других преобразователей расхода, измеряемой величиной которых чаще всего является локальная скорость потока. Поэтому, когда становится актуальной задача повышения точности и надежности измерений расхода, решение её в первую очередь связывается с электромагнитным методом измерений. Именно поэтому, явно существует тенденция к расширению области применения ЭМР, особенно для режимов со сложным профилем потока и неоднородным составом среды. Последние разработки показали уникальную возможность не только измерять потоки со сложной кинематической структурой, но и отображать её на дисплее прибора и определять количественно характеристику структуры потока. Необходимость в таких приборах возникает при измерении потоков в каналах с неполным заполнением измеряемой средой, при гидротранспорте сыпучих продуктов, при применении приборов в исследовательских целях.

Следовательно, всё острее возникает проблема экспериментального исследования электромагнитных расходомеров. Такие исследования необходимы для расширения области применимости электромагнитного метода по отношению к средам и условиям измерений, для создания методов измерений характеристик потока, ранее электромагнитным методом не измеряемых, создания алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающих повышение точности и надежности измерений.

Важнейшей частью расходомера является первичный преобразователь расхода, а его основным узлом – индуктор. Конструкция индуктора определяет потребляемую мощность расходомера, чувствительность расходомера к изменению скорости потока, зависимость сигнала от перестройки профиля скорости потока, от числа Рейнольдса, стабильность показаний от температуры, а также технологичность, стоимость изготовления прибора и т. п. Очевидно, что для измерений существенно разных параметров (скорости, характеристик структуры потока) необходимо предусмотреть несколько режимов работы электромагнитного расходомера. Причем целесообразно создать такие условия для измерений, при которых обеспечивалась бы максимальная точность измерений выбранных параметров.

При исследовании и разработке электромагнитных расходомеров возникает множество технических вопросов, ответы на которые желательно получить экспериментальным путем, т. к. результаты этих испытаний позволят упростить и ускорить оптимизацию конструкции приборов. Все технические вопросы, ответы на которые желательно узнать экспериментально, разобьем на три группы:

1. Вопросы выбора элементов конструкции первичного преобразователя, конструкции канала, его формы, протяженности изолированного участка, размеров и конструкции электродов; конструкции индуктора, характеристики распределения магнитного поля и других элементов прибора.

2. Вопросы зависимости сигнала от структуры потока жидкости. Например, влияние распределения скорости по сечению канала, вызванное изменением числа Рейнольдса, влияния различных асимметрий потока, вызванных близко расположенной от прибора трубопроводной арматурой (коленом, задвижкой, обратным клапаном) и т. п. Влияние неоднородности фазового распределения измеряемой среды в рабочем сечении канала и т. п.