СПОСОБ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2015 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидких металлов.

Известны электромагнитные расходомеры жидких металлов, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции [1]. Электромагнитный расходомер имеет трубу из нержавеющей стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, электроды, приваренные к наружной поверхности стенки трубы, индуктор, создающий переменное низкочастотное магнитное поле в рабочей зоне канала и электронный преобразователь, преобразующий разность потенциалов между электродами в показание величины объемного расхода жидкого металла.

При движении по каналу жидкого металла, пересекающего магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое образует циркуляционные токи в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы. В результате протекания токов по стенке трубы между электродами возникает разность потенциалов, которая служит мерой объемного расхода жидкого металла.

Электромагнитные расходомеры обычно применяются для измерения расхода жидкометаллического теплоносителя в атомных энергетических установках.

Электромагнитные расходомеры жидких металлов поверяются с помощью проливных расходомерных стендов, рабочей жидкостью которых является жидкий металл. Эти стенды представляют собой весьма сложную конструкцию, связанную с тем, что жидкий металл - агрессивная среда при высокой температуре.

Поверка расходомера осуществляется следующим образом. На мерный участок трубы расходомерного стенда устанавливается поверяемый расходомер. Через канал расходомера пропускается нормированный поток рабочей жидкости - жидкого металла. По результатам поверки расходомера определяется коэффициент K преобразования расходомера

Где α - показания электронного преобразователя, Q - объемный расход рабочей жидкости.

Недостатком указанного способа поверки расходомера является сложность используемого оборудования и дороговизна эксплуатации жидкометаллического расходомерного стенда. В России отсутствуют расходомерные стенды жидкого металла для поверки расходомеров с диаметрами канала более 100 мм. Поэтому отсутствует возможность поверить электромагнитный расходомер с диаметром канала, например, 500-600 мм на рабочей среде, которой является жидкий металл.

Известен способ поверки электромагнитных расходомеров общепромышленного назначения с помощью проливного расходомерного стенда, рабочей жидкостью которого является водопроводная вода. Расходомерные стенды, рабочей жидкостью которых является водопроводная вода при комнатной температуре, по принципу действия аналогичны жидкометаллическому стенду, но по конструкции значительно проще, поэтому они позволяют проводить поверку расходомеров с диаметрами до 600 мм и более, а точность поверки значительно выше. Однако на водяных проливных расходомерных стендах поверяются только электромагнитные расходомеры, у которых имеется изоляционное покрытие канала, а электроды введены внутрь стенки канала и изоляционного покрытия до касания с измеряемой жидкостью. Т.е. на водяных расходомерных стендах поверяются только электромагнитные расходомеры общепромышленного назначения.

Электромагнитный расходомер для жидкого металла не имеет изоляционного покрытия канала, а электроды приварены к внешней стороне трубы, поэтому он не может измерять расход водопроводной воды. Индуктированное в водном потоке электрическое поле замыкается металлической стенкой трубы, и между электродами отсутствует разность потенциалов, которая должна быть мерой расхода. Только когда электропроводность измеряемой среды достигает таких высоких значений, как у жидкого металла, циркуляционные токи, протекающие по стенке канала, создают между электродами напряжение, достаточное для измерений электронным преобразователем. Причем в этом случае шунтирующий эффект стенки канала для расходомеров с диаметром канала 500-600 мм не превышает 2-3% потери сигнала.

Целью предлагаемого изобретения является применение для поверки электромагнитного расходомера жидкого металла расходомерного стенда, рабочей жидкостью которого является водопроводная вода при комнатной температуре.

Предлагаемый способ состоит в следующем. Производится предварительная, т.е. предпроливная подготовка расходомера жидкого металла к поверке на водяном расходомерном стенде. Предварительная подготовка состоит в том, что в канал вставляется электроизоляционная футеровка с электродами, которая защищает индуцированное электрическое поле в измеряемой среде от шунтирующего действия металлической стенки канала. Футеровка может быть выполнена из резины или пластмассы. Кроме того, вход электронного преобразователя подключается к электродам, установленным на футеровке канала, а не к электродам расходомера, приваренным к внешней стенке трубы. В таком виде расходомер поверяется на водяном проливном расходомерном стенде таким же образом, как поверяется расходомер общепромышленного назначения. На мерный участок трубы водяного проливного расходомерного стенда устанавливается поверяемый расходомер со вставленной в него футеровкой. Через канал расходомера пропускается нормированный поток водопроводной воды при комнатной температуре. По результатам поверки расходомера на водяном расходомерном стенде определяется коэффициент преобразования расходомера по формуле (1).

После испытаний расходомера на водяном расходомерном стенде производится послепроливная подготовка расходомера. Из расходомера изымается футеровка, вход электронного преобразователя подключается к электродам, приваренным к наружной поверхности трубы расходомера, а в электронном преобразователе программными методами производится корректировка коэффициента преобразования посредством введения поправок, учитывающих различие условий поверки расходомера на воде и жидком металле.

При этом коэффициент преобразования расходомера на жидком металле K_m вычисляется по формуле

Поправка k_D учитывает изменение диаметра канала, вызванное введением электроизоляционной футеровки, а поправка k_M учитывает шунтирующее действие проводящей стенкой канала при измерении жидкого металла.

Поправка k_D вычисляется по формуле

Где D_F - диаметр канала с футеровкой, D₁ - диаметр канала без футеровки при рабочей температуре жидкого металла.

Поправка k_M вычисляется по формуле

где D₂ - наружный диаметр трубы при рабочей температуре, σ и σ_t - проводимость жидкого металла и материала трубы при рабочей температуре.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения расхода жидкого металла в трубах большого диаметра.

ИСТОЧНИКИ

1. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Л., Машиностроение, 1982 г., 214 с., ил.

Предлагается способ поверки электромагнитного расходомера жидких металлов с помощью проливного расходомерного стенда, работающего на водопроводной воде при комнатной температуре. Электромагнитный расходомер для жидких металлов имеет трубу с электродами, индуктор низкочастотного магнитного поля и электронный преобразователь. Расходомер не имеет изоляционного покрытия канала, а электроды приварены к внешней стороне трубы. Предлагаемый способ состоит в следующем. Производится предварительная, т.е. предпроливная подготовка расходомера жидкого металла к поверке на водяном расходомерном стенде. Предварительная подготовка состоит в том, что в канал вставляется электроизоляционная футеровка с электродами, которая защищает индуцированное электрическое поле в измеряемой среде от шунтирующего действия металлической стенки канала. Футеровка может быть выполнена из резины. Кроме того, вход электронного преобразователя подключается к электродам, установленным на футеровке канала, а не к электродам расходомера, приваренным к внешней стенке трубы. Расходомер поверяется на водяном проливном расходомерном стенде таким же образом, как поверяется расходомер общепромышленного назначения. На мерный участок трубы водяного проливного расходомерного стенда устанавливается поверяемый расходомер со вставленной в него футеровкой. Через канал расходомера пропускается нормированный поток водопроводной воды при комнатной температуре. По результатам поверки расходомера на водяном расходомерном стенде определяется коэффициент преобразования расходомера по формуле

где α - показания электронного преобразователя, Q - объемный расход водопроводной воды. После испытаний расходомера на водяном расходомерном стенде производится послепроливная подготовка расходомера. Из расходомера изымается футеровка, вход электронного преобразователя подключается к электродам, приваренным к наружной поверхности трубы расходомера, а в электронном преобразователе программными методами производится корректировка коэффициента преобразования посредством введения поправок, учитывающих различие условий поверки расходомера на воде и жидком металле. При этом коэффициент преобразования расходомера на жидком металле K_m вычисляется по формуле

Поправка k_D учитывает изменение диаметра канала, вызванное введением электроизоляционной футеровки, а поправка k_M учитывает шунтирующее действие проводящей стенкой канала при измерении жидкого металла. Поправка k_D вычисляется по формуле

где D_F - диаметр канала с футеровкой, D₁ - диаметр канала без футеровки при рабочей температуре жидкого металла. Поправка k_M вычисляется по формуле

где D₂ - наружный диаметр трубы при рабочей температуре, σ и σ_t - проводимость жидкого металла и материала трубы при рабочей температуре. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения расхода жидкого металла в трубах большого диаметра. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ поверки электромагнитного расходомера жидкого металла, содержащего трубу без электроизоляционного покрытия канала, электроды, приваренные к наружной стенке трубы, индуктор переменного магнитного поля и электронный преобразователь, предусматривающий создание нормированного потока электропроводной жидкости по каналу расходомера с помощью проливного расходомерного стенда, отличающийся тем, что в качестве электропроводной жидкости применяется водопроводная вода при комнатной температуре, а электромагнитный расходомер проходит предпроливную и послепроливную подготовку, причем предпроливная подготовка заключается во введении в канал футеровки с электродами, выполненной из резины, вход электронного преобразователя подключается к электродам, имеющимся в футеровке, а послепроливная подготовка состоит из устранения футеровки с электродами из канала расходомера, подключения входа электронного преобразователя к электродам расходомера и программной корректировки коэффициента преобразования расходомера введением поправок, учитывающих шунтирующее действие стенки трубы и изменение диаметра канала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент преобразования расходомера на жидком металле K_m вычисляется по формуле

где K - коэффициент преобразования расходомера, полученный при испытаниях на водяном расходомерном стенде; k_D - поправка, учитывающая изменение диаметра канала, вызванное введением футеровки; k_M - поправка, учитывающая шунтирующее действие проводящей стенкой канала при измерении жидкого металла.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что поправка k_D вычисляется по формуле

где D_F - диаметр канала с футеровкой, D₁ - диаметр канала без футеровки при рабочей температуре жидкого металла, а поправка k_M вычисляется по формуле

где D₂ - наружный диаметр трубы при рабочей температуре, σ и σ_t  - проводимость жидкого металла и материала трубы при рабочей температуре.