СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ Российский патент 2008 года по МПК G01F25/00 

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

Электромагнитные расходомеры применимы для измерения расхода магнетитовых пульп. Магнетитовая пульпа представляет собой двухфазный поток, причем одна фаза потока составляет набор включений в виде твердых ферромагнитных частиц, а другая фаза образуется непрерывной электропроводной жидкостью (водой). Твердые включения составляют по объему и весу порядка 30% и более. В твердой фазе в основном содержится железо. Ферромагнитные частицы существенно изменяют величину и искажают распределение магнитного поля в канале, а следовательно, и сказываются на показаниях прибора. В зависимости от конструкции индуктора расходомера, диаметра трубопровода, толщины изоляционного покрытия, а также от состава, концентрации пульпы, магнитной проницаемости магнетита, скорости потока и т.п. изменение величины и распределения магнитного поля в рабочем объеме канала может быть весьма разнообразным. Как известно, градуировочная характеристика электромагнитного расходомера чувствительна к изменению магнитного поля в канале. Применяют различные методы и средства для компенсации влияния изменения магнитных свойств измеряемой среды на показания расходомера. По указанным причинам актуально иметь метрологические способы и средства для экспериментальной оценки зависимости показаний электромагнитных расходомеров от магнитных свойств измеряемой среды.

Известен способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров на пульпе, представляющий собой пропускание нормированного значения расхода пульпы через канал расходомера [1]. Данный способ предусматривает применение специального расходомерного стенда, который позволяет осуществлять измерение расхода пульпы с помощью таймера и объемного мерника; причем в объемном мернике предусмотрены соответствующие устройства (мешалки) для поддержания твердой фазы во взвешенном состоянии. Такой способ весьма сложен, дорогостоящ и обладает низкой точностью.

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. Индукционная катушка выполнена в виде плоской многослойной печатной платы, причем витки катушки размещены вдоль линий равного значения весовой функции. Индукционная катушка размещается в канале поверяемого расходомера в плоскости оси канала и линии, соединяющей электроды. Далее производится интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, деление сигнала и подведение полученного сигнала ко входу измерительного устройства расходомера.

Недостатком известного способа является невозможность производить поверку электромагнитного расходомера, предназначенного для измерения сред, обладающих ферромагнитными свойствами, т.е. сред с относительной магнитной проницаемостью более 1.0.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить указанный недостаток.

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

Предлагаемый способ включает преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал; интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, деление в определенном соотношении и подведение полученного сигнала к измерительному устройству электромагнитного расходомера. Способ отличается от известного [2] тем, что свободное пространство в рабочем объеме канала электромагнитного расходомера, предназначенного для измерения расхода магнетитовой пульпы, заполняют сухой смесью, состоящей из измельченных материалов, обладающих магнитными и немагнитными свойствами, размещенной в секциях контейнера, выполненного из немагнитного и неэлектропроводного материала, причем распределение и количество магнитного материала в рабочем объеме канала по магнитной проницаемости соответствует распределению магнетита в пульпе при соответствующей скорости потока.

Предлагаемый способ можно пояснить следующим образом. Для магнетитовых пульп (содержащих ферромагнитные частицы) значение магнитной проницаемости меняется в зависимости от объемного содержания твердой фазы пульпы. Экспериментально установлено, например, что значение относительной магнитной проницаемости при 30% содержания железорудной твердой фазы в пульпе составляет μ=5-7. Структуры потоков пульпы зависят от процентного содержания той или другой фазы, а также от скорости потока и в некоторых случаях от расположения трубопровода в пространстве и его диаметра.

Твердые частицы, переносимые напорным потоком воды при некоторой скорости движения начинают оседать на дно потока. Среднюю скорость потока, соответствующую началу осаждения твердых частиц на дно, называют критической скоростью. Обычно магнетитовую пульпу транспортируют при скоростях, более высоких, чем критическая скорость, при этом распределение магнетита по рабочему объему канала практически однородно. При более низких скоростях в горизонтальном трубопроводе может быть некоторое расслоение твердой и жидкой фаз, причем плотность магнетита, как более тяжелой фракции становится больше на нижней части рабочего объема канала. Распределение твердой и жидкой фаз пульпы в зависимости от скорости потока, диаметра канала, крупности и концентрации пульпы достаточно хорошо изучены и описаны в работе [3].

На фиг.1 приведено устройство, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров магнетитовых пульп. Устройство представляет собой цилиндрический полый контейнер 1, выполненный с тонкими стенками из немагнитного и неэлектропроводного материала, например из винипласта. Контейнер имеет несколько секций, которые заполняются различным составом размешенной сухой смеси 2, например песка и мелких частиц магнетита, т.е. твердой фазы магнетитовой пульпы. Для пояснения распределения состава смеси в секциях на фиг.1 изображен контейнер с прозрачными стенками. Объемный состав смеси песка и магнетита соответствует объемному составу имитируемой пульпы (воды и твердой фазы). В качестве заполнителя не обязательно применять песок, можно применить любое сыпучее немагнитное вещество, например пластмассовую крошку. Контейнер помещается в канал расходомера и заполняет все свободное пространство рабочего объема канала. При применении предлагаемого способа поверки расходомера могут быть применены различные преобразователи магнитного поля, выполненные в виде индукционной катушки. Если индукционная катушка представляет собой плоскую печатную плату, помещаемую в канале в плоскости оси канала и линии, соединяющей электроды, то в контейнере предусматривается соответствующая узкая щель 3, свободная от сухой смеси, в которую вставляется индукционная катушка. Если индукционная катушка выполнена в виде цилиндрической поверхности и устанавливается в канале по поверхности канала, то наружный диаметр контейнера выполнен меньше внутреннего диаметра индукционной катушки. При градуировке и поверке контейнер вставляется в канал расходомера вместе с индукционной катушкой.

Способ градуировки и поверки заключается в преобразовании магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал расходомера, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, деление в определенном соотношении с помощью делителя и подведение полученного сигнала к измерительному устройству электромагнитного расходомера.

На фиг.2 приводится схема, поясняющая способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров предназначенных для измерения сред, обладающих ферромагнитными свойствами. На фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - контейнер, заполненный сухой смесью, состоящей из измельченных материалов, обладающих магнитными немагнитными свойствами, причем распределение и количество магнитного материала в рабочем объеме канала по магнитной проницаемостью соответствует распределению магнетита в пульпе при определенной скорости потока, расположенный в первичном преобразователе электромагнитного расходомера 9, 8 - катушка возбуждения магнитного поля, 4 - индукционная катушка, которая подключена к интегрирующему преобразователю 5, 6 - делитель напряжения, 7 - измерительное устройство электромагнитного расходомера, питающее индукторные катушки 8 переменным током.

Схема (фиг.2) работает следующим образом. В результате протекания переменного тока по катушкам возбуждения 8 в канале первичного преобразователя 9 возникает переменное магнитное поле, магнитная индукция которого зависит от магнитных свойств сухой смеси, размещенной в секциях контейнера 1. Переменное магнитное поле наводит в индукционной катушке 4 электрический сигнал, пропорциональный изменению индукции магнитного поля. Этот сигнал интегрируется с помощью интегрирующего преобразователя 5 и делится в определенном соотношении с помощью делителя напряжения 6 таким образом, что на вход измерительного устройства 7 подводится электрический сигнал, по своим параметрам эквивалентный сигналу, возбуждаемому между электродами при протекании по каналу заданного расхода магнетитовой пульпы, магнитные свойства которой соответствуют магнитным свойствам сухой массы, заполняющей контейнер.

Таким образом, предложенное решение расширяет возможности имитационного способа градуировки и поверки электромагнитных расходомеров.

Источники изобретения

1. Кремлевский П.П. «Измерение расхода многофазных потоков», Л., Машиностроение, 1982, 214 с.

2. Авторское свидетельство СССР, №645033, кл. G01F 25/00, бюллетень №4, 1979.

3. Асауленко И.А., Витошкин Ю.К., Карасик В.М., Криль С.И., Очеренко В.Ф. Теория и прикладные аспекты гидротранспортирования твердых материалов, Киев, Наукова думка, 1981.

Свободное пространство в рабочем объеме канала поверяемого электромагнитного расходомера, предназначенного для измерения расхода магнетитовой пульпы, заполняют сухой смесью, размещенной в секциях контейнера из немагнитного и неэлектропроводного материала. Распределение и количество магнитного материала в рабочем объеме канала по магнитной проницаемости соответствует распределению магнетита в пульпе при соответствующей скорости потока. В качестве сухой смеси применяют смесь песка с размельченным магнетитом. Изобретение обеспечивает надежную поверку в условиях измерения расхода ферромагнитных сред. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ поверки электромагнитных расходомеров, включающий преобразование магнитного поля первичного преобразователя в электрическое напряжение с помощью индукционной катушки, помещаемой в канал расходомера, интегрирование электрического напряжения, полученного на выходных клеммах индукционной катушки, деление в определенном соотношении с помощью делителя и подведение полученного сигнала к измерительному устройству электромагнитного расходомера, отличающийся тем, что свободное пространство в рабочем объеме канала электромагнитного расходомера, предназначенного для измерения расхода магнетитовой пульпы, заполняют сухой смесью, состоящей из измельченных материалов, обладающих магнитными и немагнитными свойствами, размещенной в секциях контейнера, выполненного из немагнитного и неэлектропроводного материала, причем распределение и количество магнитного материала в рабочем объеме канала по магнитной проницаемости соответствует распределению магнетита в пульпе при соответствующей скорости потока.2. Способ поверки по п.1, отличающийся тем, что в качестве сухой смеси применяют смесь песка с размельченным магнетитом.