СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ЭЛЕТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ Российский патент 2002 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике градуировки и поверки электромагнитных расходомеров безнапорных потоков (ЭРБП), т. е. предназначенных для измерения расхода электропроводных жидкостей в не полностью заполненных трубопроводах.

ЭРБП имеют участок трубопровода из немагнитного материала, электромагнитную систему, состоящую из магнитопровода и одной или двух пар катушек возбуждения, одной и более пар электродов, контактирующих с измеряемой жидкостью, и измерительного устройства [1, 2]. Рабочее положение ЭРБП на трубопроводе всегда горизонтальное, т. е. такое, при котором ось канала и линии, соединяющие каждую пару измерительных электродов, расположены в горизонтальной плоскости.

В основе работы ЭРБП лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции. При движении потока по каналу в жидкости возникает электрическое поле, которое определяется распределением магнитного поля в канале и скоростью потока. В ЭРБП магнитное поле возбуждения периодически меняется в зависимости от различной схемы включения катушек. Сигналы, снимаемые парами электродов, усиливаются в измерительном устройстве расходомера и запоминаются. Таким образом, готовится база данных измеренных сигналов при магнитных полях, образованных различным включением катушек к источнику питания. Далее вычислительное устройство по специальному алгоритму производит вычисление объемного расхода и коэффициента λ
λ=S_h/S_g,
где S_h - часть площади поперечного сечения канала расходомера, свободная от измеряемой среды, S_g - часть площади поперечного сечения канала, занимаемая измеряемой средой ( "живое" сечение потока). Линией раздела между площадями S_h и S_g является горизонтальная линия, через которую проходит практически плоская поверхность раздела воздушной среды.

Известен способ градуировки и поверки ЭРБП с помощью специальной расходомерной установки, в которой воспроизводится нормированный расход потока жидкости переменного уровня заполнения канала [3]. Недостатком известного способа является сложность его осуществления.

Известен имитационный способ поверки электромагнитных расходомеров общепромышленного назначения, предназначенных для напорных потоков, т.е для условий, когда канал расходомера полностью заполнен измеряемой жидкостью [4]. Этот способ предусматривает преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрический сигнал, эквивалентный по своим параметрам сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода электропроводной жидкости [4].

Имитационный способ включает преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью плоской индукционной катушки, витки которой расположены вдоль линий поверхностной весовой функции [4] . Исходными параметрами для расчета поверхностной весовой функции являются математическое описание геометрических мест расположения измерительных электродов, описание поверхности объема измеряемого потока, описание выбранной плоскости, в которой размещаются витки индукционной катушки, являющейся преобразователем магнитного поля, и относительного распределения скорости потока в поперечном сечении канала [5].

В известном способе [4] плоскостью, в которой размещаются витки индукционной катушки, является плоскость, проходящая через ось канала и линию, соединяющую электроды, причем у электромагнитных расходомеров для измерения напорных потоков электроды расположены по диаметру канала.

Способ, описанный в [4], существенно проще для осуществления, чем способ [3]. Однако он применим только к расходомерам, предназначенным для измерения расхода в напорных трубопроводах, т.е. при условиях, когда канал расходомера полностью заполнен измеряемой средой. Поэтому недостатком известного способа [4] является низкая точность градуировки и поверки ЭРБП.

Этот недостаток устраняется в предлагаемом изобретении. Способ, изложенный в [4], является наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей имитационного способа градуировки и поверки, позволяющее применять его с высокой точностью, на электромагнитные расходомеры для безнапорных потоков.

Суть способа состоит в следующем. Выбираются одно или несколько значений критерия λ, при которых методом имитационного моделирования должен быть исследован данный образец ЭРБП. Для каждого заданного значения критерия λ (без заполнения измеряемой средой канала) определяется положение поверхности раздела сред у прибора, находящегося в рабочем положении, т.е. когда ось канала и линии, соединяющие электроды, располагались бы горизонтально. Положение поверхности раздела сред (по отношению к поверхности, проходящей через ось канала расходомера) hp рассчитывается на основе геометрии окружности:
h_p/R=f(λ);
S=πR²=S_h+S_g;

;

h_p=R-h, (1)
где h_p - расстояние по вертикальному диаметру от поверхности раздела сред до центра канала расходомера, R - радиус канала расходомера; h - расстояние по вертикальному диаметру от стенки канала расходомера до поверхности раздела сред; α - центральный угол, образованный двумя радиусами, проведенными в точки раздела сред на стенке канала расходемера.

Для заданного значения критерия λ определяется положение плоскости, в которой должна располагаться индукционная катушка, осуществляющая преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрический сигнал, по своим параметрам эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода электропроводной жидкости.

При имитационном моделировании ЭРБП горизонтальная плоскость, разделяющая "живое" сечение потока на две равные площади, является оптимальной для размещения в ней индукционной катушки, поскольку при потоке жидкости с данным "живым" сечением нормальная к этой плоскости компонента магнитного поля наиболее полно определяет сигнал между измерительными электродами.

Для заданного значения критерия λ эта плоскость располагается в канале параллельно поверхности раздела сред и разделяет предполагаемое "живое" сечение потока на две равные площади, т.е. она перпендикулярна вертикальному диаметру канала и находится ниже предполагаемой поверхности раздела сред на величину δ:
δ/R = F(λ) S_δ = S_g/2;

где - центральный угол, образованный двумя радиусами, проведенными в точки середины "живого" сечения на стенке канала расходомера.

Градуировка и поверка ЭРБП имитационным способом проводится с помощью индукционной катушки, располагаемой в плоскости, смещенной по вертикали ниже и параллельно предполагаемого положения плоскости раздела сред на величину δ, которая делит предполагаемую площадь "живого" сечения моделируемого потока на две равные части. При этом витки индукционной катушки располагаются по линиям весовой функции, вычисленной для этой плоскости и соответствующей пары измерительных электродов.

Далее этот способ включает известное [4] преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал; интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки с помощью электронного преобразователя; деление в определенном соотношении с помощью резисторного делителя и подведение полученного сигнала, который в результате этих преобразований становится эквивалентным сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании заданного расхода жидкости к измерительному устройству ЭРБП.

Может быть применен и другой способ обработки сигналов, снимаемых с индукционной катушки, помещенной в канал в плоскости, расположенной ниже поверхности раздела сред на расстояние, которое делит "живое" сечение потока на две равные площади. Например [6], производит интегрирование электрического напряжения на выходных клеммах индукционной катушки, наведенного магнитным полем расходомера, причем напряжение, полученное в результате интегрирования, сравнивают с напряжением, выделяемым на сопротивлении, включенном в цепь питания индуктора, а их отношение принимают в качестве меры коэффициента преобразования первичного преобразователя расхода, который вычисляется по формуле
,
где С_i - постоянная времени интегрирования, k - отношение напряжения, полученного в результате интегрирования выходного напряжения индукционной катушки, к напряжению на сопротивлении г, включенном в цепь питания индуктора, С_k - постоянная индукционной катушки, D - диаметр канала первичного преобразователя расхода.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет проводить имитационную градуировку и поверку ЭРБП и проводить с более высокой точностью, чем при использовании аналога.

Источники информации
1. Патент США 5369999 Non-full state detecting apparatus and method, 1994.

2. Заявка России 2000111849/28 (012852) Электромагнитный расходомер. Приоритет 16.05.2000 г.; положительное решение от 08.09.2000 г.

3. Шорников Е.А. Расходомеры энергоносителей и повышение точности измерений разности расходов и температур, изд. АО ППО ЦКТИ им. И.И. Ползунова, Санкт-Петербург, 1995.

4. Изобретение СССР 1103079, G 01 F 25/00, БИ 26, 1984 г.

5. Вельт И.Д., Михайлова Ю.В. Метод имитационного моделирования электромагнитных расходомеров. Приборы и системы управления, 11, 1997.

6. Патент России 2146042. Способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров, G 01 F 25/00, 1999 г.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике градуировки и поверки электромагнитных расходомеров безнапорных потоков. Технический результат изобретения выражается в расширении функциональных возможностей способа. Сущность способа заключается в следующем. Плоская индукционная катушка, витки которой размещаются, как обычно при имитационном методе, по линиям поверхностной весовой функции, размещается в плоскости, параллельной предполагаемой поверхности раздела сред воздух - жидкость и смещенной относительно нее на расстояние по вертикальному диаметру, при котором площадь поперечного сечения потока разделяется на две равные части.

Способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров, включающий размещение в канале расходомера плоской индукционной катушки, витки которой размещены по линиям поверхностной весовой функции, отличающийся тем, что плоскость, в которой размещается индукционная катушка, параллельна предполагаемой поверхности раздела сред, одной из которых является воздушная среда, а другой - измеряемый поток жидкости при рабочем положении расходомера на трубопроводе, которая соответствует горизонтальному положению оси канала и линии, соединяющей электроды, и смещена относительно поверхности раздела сред на расстояние, при котором площадь поперечного сечения потока разделяется на две равные части.