СПОСОБ ПОВЕРКИ И ГРАДУИРОВКИ МАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ Российский патент 2006 года по МПК G01F25/00 G01F1/58 

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью магнитных расходомеров, к технике их градуировки и поверки.

Измерение расхода жидких металлов необходимо, например, при эксплуатации энергетических установок, где жидкий металл используется в качестве теплоносителя.

От широко распространенных электромагнитных расходомеров для жидкостей с ионной проводимостью (например, для воды и ее растворов) расходомеры для жидких металлов отличаются отсутствием явления поляризации, в них используется магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Поэтому расходомеры для жидких металлов принято называть магнитными расходомерами. У магнитных расходомеров отсутствует внутренняя футеровка канала, а съем индуцируемой разности потенциалов (напряжения низкого уровня) производится с помощью электродов, приваренных к наружной поверхности трубы по диаметру, перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Магнитный расходомер состоит из первичного преобразователя, преобразующего объемный расход в электрическое напряжение низкого уровня, и измерительного устройства, измеряющего выходное напряжение первичного преобразователя. Линия связи между ними представляет собой электрические проводники, соединяющие электроды первичного преобразователя и вход измерительного устройства.

Напряжение низкого уровня U, возбуждаемое между электродами потоком жидкого металла, равно

где k - коэффициент, учитывающий конструктивные параметры прибора, температуру и электропроводность жидкого металла и стенок трубы; В - индукция постоянного магнитного поля; Q - объемный расход жидкости.

Известен способ поверки и градуировки магнитных расходомеров путем пропускания нормированного значения расхода жидкого металла через канал первичного преобразователя [1]. Этот способ реализуется с помощью расходомерной установки. Расходомерная установка представляет собой замкнутый гидравлический контур, включающий мерный бак; измерительный участок, на котором устанавливается испытуемый магнитный расходомер; насос, обеспечивающий циркуляцию жидкого металла; бак для его хранения и газовую замкнутую систему. Недостатком известного способа является сложность устройств, с помощью которых он реализуется.

Известен также имитационный способ поверки и градуировки электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля первичного преобразователя расходомера в электрический сигнал, по своим параметрам эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода жидкости [2]. Этот способ включает в себя следующие операции: преобразование переменного 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 интегрирующего устройства; деление сигнала с помощью резисторного делителя и подведение полученного сигнала к входу измерительного устройства расходомера. Подводимый к измерительному устройству сигнал в результате этих преобразований становится эквивалентным сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании заданного расхода жидкости.

Недостатком известного способа является невозможность производить поверку и градуировку магнитных расходомеров, т.е. невозможность осуществить преобразование магнитного поля в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, так как у магнитных расходомеров магнитное поле постоянно во времени, и, следовательно, сигнал в индукционной катушке не индуцируется магнитным полем.

Способ поверки и градуировки [2] является наиболее близким прототипом предлагаемому изобретению.

Целью изобретения является применение имитационного способа поверки и градуировки к магнитным расходомерам, предусматривающего преобразование магнитного поля первичного преобразователя расходомера в электрический сигнал, по своим параметрам эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода жидкого металла.

Эта цель достигается тем, что путем вращения первичного преобразователя вокруг оси, совпадающей с осью канала, осуществляется преобразование постоянного магнитного поля в переменное. С помощью неподвижной индукционной катушки, расположенной в канале вращающегося первичного преобразователя, переменное магнитное поле преобразуется в электрическое напряжение переменного тока. Затем происходит интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, выпрямление сигнала переменного тока, образованного после операции интегрирования, в постоянное напряжение, деление сигнала с помощью резисторного делителя и подведение полученного сигнала к входу измерительного устройства расходомера. При этом напряжение, подводимое к входу измерительного устройства магнитного расходомера, эквивалентно сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода жидкости.

На чертеже приведена схема устройства, реализующая предлагаемый имитационный способ поверки и градуировки магнитного расходомера. На чертеже изображены: 1 - электрод, с помощью которого осуществляется съем сигнала, 2 - индуктор магнитного расходомера, представляющий собой постоянный магнит, между полюсами которого расположен участок трубы 3, индукционная катушка 4, вставляемая в канал преобразователя расхода, 5 - интегрирующее устройство, 6 - выпрямительное устройство, 7 - резисторный делитель, 8 - измерительное устройство магнитного расходомера.

Предлагаемый способ поверки и градуировки магнитного расходомера осуществляется следующим образом. Разъединяется цепь между электродами 1 первичного преобразователя и измерительным устройством 8. В канал расходомера вставляется индукционная катушка 4. Первичный преобразователь (состоящий из индуктора 2 и участка трубы 3 с электродами 1) приводится во вращение вокруг оси, совпадающей с осью канала расходомера. В результате вращения первичного преобразователя в канале расходомера образуется переменное магнитное поле, изменяющееся по синусоидальному закону с частотой, пропорциональной угловой скорости вращения ω. В неподвижной индукционной катушке 4 индуцируется электрическое напряжение переменного тока, которое поступает на интегрирующее устройство 5. Далее, с помощью выпрямительного устройства 6 полученное в результате интегрирования напряжение переменного тока преобразуется в постоянное. Это напряжение поступает на резисторный делитель 7, на выходе которого устанавливается сигнал постоянного тока, эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании заданного расхода жидкого металла.

В индукционной катушке, расположенной в канале расходомера, под действием переменного магнитного поля индуцируется сигнал U_k, равный

где ω - угловая скорость вращения первичного преобразователя, S - суммарная площадь витков индукционной катушки, t - время.

Далее индуцированный в катушке 4 сигнал интегрируется с помощью интегрирующего устройства 5 и выпрямляется в выпрямительном устройстве 6, в результате чего становится равным U_b,

где τ - постоянная времени интегрирующего устройства.

Это напряжение поступает на резисторный делитель 7, с помощью которого преобразуется в напряжение U, эквивалентное сигналу, возбуждаемому между электродами первичного преобразователя при протекании по каналу заданного расхода Q жидкого металла.

где p - коэффициент деления резисторного делителя.

Полученный таким образом сигнал подводится к входу измерительного устройства 8 магнитного расходомера и сличаются показания измерительного устройства 8 с заданным значением расхода Q.

Источники информации

1. П.П.Кремлевский, "Измерение расхода многофазных потоков", изд. Машиностроение, Ленинград, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР, №645033, кл. G 01 F 25/00, Бюллетень №4, 1979.

Изобретение может быть использовано для поверки и градуировки свободных от явления поляризации электродов магнитных расходомеров жидкометаллического теплоносителя энергетических установок. Постоянное магнитное поле первичного преобразователя расходомера преобразуют в переменное посредством вращения первичного преобразователя вокруг оси, совпадающей с осью канала первичного преобразователя. С помощью индукционной катушки, помещаемой в канал, преобразуют переменное магнитное поле в электрическое напряжение переменного тока. После интегрирования полученное напряжение с помощью выпрямительного устройства преобразуют в постоянное напряжение, делят с помощью резисторного делителя и подают на вход измерительного устройства расходомера. Напряжение на входе эквивалентно сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода жидкости. Изобретение обеспечивает расширение области применения. 1 ил.

Имитационный способ поверки и градуировки электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля расходомера в электрический сигнал, по своим параметрам эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода жидкости, включающий в себя преобразование переменного 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 интегрирующего устройства; деление сигнала с помощью резисторного делителя и подведение сигнала ко входу измерительного устройства расходомера, отличающийся тем, что, с целью применения способа для магнитного расходомера, постоянное магнитное поле преобразуют в переменное посредством вращения первичного преобразователя вокруг оси, совпадающей с осью канала, а напряжение переменного тока, полученное на выходе интегрирующего устройства в результате интегрирования электрического напряжения, снимаемого с выходных клемм индукционной катушки, преобразуют в постоянное напряжение с помощью выпрямительного устройства.