СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ Российский патент 2007 года по МПК G01F25/00 G01F1/58 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике измерения расхода с помощью электромагнитных расходомеров, к их градуировке и поверке имитационным способом.

Известно, что электромагнитные расходомеры мало чувствительны к изменению распределения скорости потока в канале [1]. Для поверки электромагнитных расходомеров при различных кинематических структурах потока (т.е. при различных распределениях скорости потока в канале) применяют способ, основанный на имитационном моделировании процесса измерения электромагнитного расходомера.

Известен имитационный способ поверки электромагнитных расходомеров, предусматривающий преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал; интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования расходомера К_р [2].

Для поверки электромагнитных расходомеров при различных кинематических структурах потока в качестве преобразователя магнитного поля применяют индукционные катушки, распределение витков которых выполнено по законам поверхностных весовых функций, соответствующих различным распределениям скорости потока в канале расходомера [3].

Недостатком применяемого способа поверки электромагнитного расходомера при различных распределениях скорости потока является необходимость замены индукционных катушек, т.к. каждая катушка соответствует одному определенному распределению скорости потока в канале расходомера. Кроме того, для расходомеров большого диаметра (Ду 200-1000 мм и более) индукционные катушки представляют собой громоздкие и сложные изделия.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить эти недостатки.

Способ поверки электромагнитных расходомеров при различных распределениях скорости потока предусматривает размещение в рабочей области на поверхности канала электромагнитного расходомера множества (n) одинаковых малогабаритных индукционных катушек, расположенных по поверхности канала равномерно, с одинаковым шагом; интегрирование наведенного магнитным полем первичного преобразователя напряжения в каждой катушке и вычисление параметра λ_i, характеризующего интенсивность магнитного поля на каждой локальной поверхности канала, на которой размещена соответствующая малогабаритная индукционная катушка, причем параметр λ_i вычисляется по формуле:

где С_i - постоянная времени интегрирования i-той индукционной катушки, k_i - отношение напряжения, полученного в результате интегрирования выходного напряжения i-той индукционной катушки, к напряжению на сопротивлении r, включенном в цепь питания индуктора, N_i - суммарная площадь витков i-той катушки.

По полученным значениям параметров интенсивности магнитного поля для всех (n) локальных площадей поверхности канала вычисляют коэффициент преобразования первичного преобразователя электромагнитного расходомера для заданного распределения скорости потока в канале по формуле:

где w_i - значение величины поверхностной весовой функции, вычисленное для i-той локальной поверхности канала при заданной форме распределения скорости потока, D - диаметр трубопровода. В зависимости от задаваемой формы распределения скорости потока изменяются значения w_i и вычисляется соответствующий ей коэффициент К_р.

Схемы устройства для реализации предлагаемого способа поверки электромагнитных расходомеров при различных структурах потока изображены на фиг.1-3. На фиг.1 изображена индукционная катушка, используемая для реализации рассмотренного способа градуировки и поверки электромагнитного расходомера при различных распределениях скорости потока. Катушка имеет плоскую форму, витки катушки представляют собой спираль, начало и конец которой выведены на выходные клеммы. Для повышения ее чувствительности витки катушки плотно навиты (с минимальным межвитковым расстоянием), катушка может быть выполнена печатным способом и может быть многослойной. Катушка имеет небольшие габариты, ее диаметр составляет более 1/10 внутреннего диаметра канала. На фиг.2 изображен каркас с множеством малогабаритных плоских индукционных катушек 2, приведена примерная схема их расположения на внутренней поверхности канала расходомера. Для удобства размещения катушек в канале они расположены на цилиндрическом каркасе, который вставляется в канал расходомера таким образом, что каждая катушка касается своего участка внутренней поверхности канала, причем ось 3, вокруг которой произведена намотка каждой катушки, направлена перпендикулярно тому участку поверхности канала, на котором расположена соответствующая катушка. Каркас с катушками ориентирован относительно осей канала расходомера следующим образом: ось x направлена по линии, соединяющей электроды, ось у направлена перпендикулярно линии, соединяющей электроды и оси канала z. Все оси пересекаются в центре рабочего объема канала. На каркасе имеются две метки 1, которые должны совпадать с электродами при установке каркаса в канале. На фиг.3 изображена блочная схема, с помощью которой реализуется предлагаемый способ. На схеме изображен первичный преобразователь электромагнитного расходомера 1, состоящий из трубы 2 с двумя электродами 3 и двумя индукторными катушками возбуждения магнитного поля 4. Малогабаритные катушки на схеме обозначены через K₁, K₂...К_n, их выходы подключены к переключателю 5, программно управляемому от вычислительного устройства 6. Питание низкочастотным током индукторных катушек 4 осуществляется от источника 7, также управляемого вычислителем 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Напряжения малогабаритных катушек K₁, К₂...К_n и напряжение, снимаемое с сопротивления г поочередно, с помощью переключателя 5 подключаются к вычислительному устройству. В вычислительном устройстве производится оцифровка всех входных напряжений. Причем напряжения, снимаемые с катушек K₁, К₂...К_n, далее интегрируются, вычисляются по формуле (1) параметры λ_i интенсивности магнитного поля локальных участков поверхности канала, а затем вычисляются по формуле (2) коэффициенты К_р, соответствующие различным задаваемым распределениям скорости потока в канале. Распределение скорости потока задается программно, например, в виде таблиц коэффициентов поверхностной весовой функции w_i для различных распределений скорости потока. Используя полученные коэффициенты К_р, далее производится поверка приборов известным способом согласно [2].

Таким образом, предложенное решение позволяет поверять электромагнитный расходомер при любых задаваемых структурах потока измеряемой среды в канале и тем самым расширяет функциональные возможности имитационного способа градуировки и поверки электромагнитных расходомеров.

Источники изобретения

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989 г.

2. Патент RU 2146042 С1, 7 G01F 25/00, БИ №6, 2000.

3. Изобретение СССР N 627343, G01F, БИ № 37, 1978 г.

Изобретение основано на имитационном моделировании процесса измерения электромагнитного расходомера. Способ поверки предусматривает размещение в рабочей области на поверхности канала расходомера множества (n) одинаковых малогабаритных индукционных катушек, расположенных равномерно, с одинаковым шагом. Напряжение в каждой катушке, наведенное магнитным полем первичного преобразователя, интегрируют и вычисляют параметр λ_i, характеризующий интенсивность магнитного поля на каждой локальной поверхности канала, на которой размещена соответствующая малогабаритная индукционная катушка. По полученным значениям λ_i для всех (n) локальных площадей поверхности канала вычисляют коэффициент преобразования первичного преобразователя электромагнитного расходомера для заданного распределения скорости потока в канале. Изобретение обеспечивает поверку электромагнитных расходомеров при любых задаваемых кинематических структурах потока (т.е. при различных распределениях скорости потока в канале). 3 ил.

Способ поверки электромагнитных расходомеров, включающий размещение в рабочей области канала электромагнитного расходомера индукционной катушки, интегрирование электрического напряжения на выходных клеммах катушки, наведенного магнитным полем первичного преобразователя, измерение отношения k_i проинтегрированного напряжения индукционной катушки к напряжению, выделяемому на сопротивлении r, включенном в цепь питания индукционной катушки, и определение коэффициента преобразования первичного преобразователя электромагнитного расходомера, отличающийся тем, что в рабочей области на поверхности канала размещают множество (n) индукционных катушек, выполняют поочередно интегрирование выходного электрического напряжения каждой катушки, наведенного магнитным полем первичного преобразователя, далее производят вычисление параметров λ_i интенсивности магнитного поля на локальных поверхностях, на которых размещены соответствующие индукционные катушки, причем параметр λ_i вычисляют по формуле

где C_i - постоянная времени интегрирования, N_i - суммарная площадь витков i-й катушки, и по полученным значениям параметров λ_i интенсивности магнитного поля, для всех локальных площадей поверхности канала вычисляют коэффициент преобразования К_р первичного преобразователя электромагнитного расходомера по формуле

где W_i - значение величины поверхностной весовой функции, вычисленное для i-й локальной поверхности канала при заданной форме распределения скорости потока, D - диаметр трубопровода.