ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2023 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к 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 немагнитной стали без изоляционного покрытия внутренней поверхности, два электрода, приваренные к наружной поверхности стенки трубы и индуктор, создающий магнитное поле в рабочей зоне канала трубы. Кроме того расходомер имеет измерительное устройство, которое обеспечивает измерение сигнала, воспринимаемого электродами.

Недостатком этих расходомеров является нелинейная зависимость показаний от расхода жидкого металла. Этот эффект вызван циркуляционными токами в жидком металле, которые при больших расходах образуют вторичные магнитные поля, деформирующие исходную эпюру магнитного поля, создаваемую индуктором в канале трубы. Вторичное магнитное поле, индуцируемое в жидком металле, образуется только на краях участка эпюры магнитного поля, распределенного в канале прибора. Причем если на входе по движению потока оно ослабляет исходное магнитное поле, то на выходе усиливает его в той же мере. В результате сложения исходного и вторичного магнитных полей, результирующая эпюра магнитного поля не меняет своего интегрального значения, однако оказывается смещенной по направлению движения жидкого металла. Величина деформации эпюры магнитного поля характеризуется критерием магнитогидродинамического подобия - магнитным числом Рейнольдса (Re_m):

Re_m=Dvσμ,

где D - диаметр канала, v - скорость потока, σ - электропроводность жидкого металла, μ - магнитная проницаемость жидкого металла.

Следовательно, деформация эпюры магнитного поля, по меньшей мере, зависит от двух параметров, которые могут широко изменяться при эксплуатации расходомера: от изменения скорости потока v и от температуры, которая существенно изменяет электропроводность σ жидкого металла. Если магнитное число Рейнольдса достигает значений больших единицы (Re_m>1) то эпюра магнитного поля в канале расходомера претерпевает заметную деформацию, вызываемую индуцированными циркуляционными токами в измеряемой среде. Поскольку магнитное число Рейнольдса зависит от скорости потока v, то искажение эпюры магнитного поля отсутствует при малых расходах и постепенно возрастает с увеличением расхода, таким образом, возникает нелинейная зависимость показаний от расхода. Зависимость характеристики расходомеров от магнитного числа Рейнольдса - это недостаток приборов.

Целью изобретения является создание расходомера жидких металлов, характеристика которого линейно зависит от скорости и расхода жидкого металла и не зависит от изменения магнитного числа Рейнольдса.

Предлагаемый расходомер жидких металлов, отличается от прототипа тем, что первичный преобразователь имеет две пары электродов, расположенных симметрично, на равном расстоянии от линии симметрии индуктора, перпендикулярной оси канала и направлению магнитного поля, причем сумма разностей потенциалов каждой пары электродов, измеряемая измерительным устройством служит мерой расхода жидкого металла.

На рис. 1 изображена схема расположения электродов на трубе в зоне магнитного поля. Ось канала и линия симметрии индуктора изображены штрих - пунктирными линиями. Зона магнитного поля (В) индуктора обозначена затененным прямоугольником. Направление магнитного поля перпендикулярно плоскости рисунка. Эпюра магнитного поля имеет максимальное значение в центре трубы (на оси симметрии индуктора) и монотонно спадает при удалении от оси симметрии индуктора вдоль трубы в обе стороны от нее. Скорость потока жидкого металла обозначена стрелкой v. К внешней поверхности трубы приварены две пары электродов 1-2 и 3-4. Причем линия, соединяющая пару электродов 1-2 и линия, соединяющая пару электродов 3-4, расположены симметрично и параллельно линии симметрии индуктора и на равном расстоянии от нее. Таким образом, обе пары электродов расположены в зонах спада эпюры магнитного поля.

При движении потока жидкого металла между электродами у каждой пары возникает разность потенциалов, пропорциональная скорости жидкого металла и величине магнитного поля U₁₂ и U₃₄. Мерой расхода может служить сумма разностей потенциалов между рассматриваемыми парами электродов, т.е. Q=k(U₁₂+U₃₄), где k - коэффициент, характеризующий конструкцию расходомера.

Если скорость потока небольшая, циркуляционные токи незначительны, магнитное число Рейнольдса много меньше единицы и, следовательно, отсутствует деформация эпюры магнитного поля индуктора. В этом случае U₁₂=U₃₄. С увеличением скорости потока нарастает эффект деформации магнитного поля индуктора, вызванный циркуляционными токами на входе и выходе из зоны магнитного поля. Эпюра магнитного поля смещается в направлении потока жидкого металла. Магнитное поле в зоне расположения пары электродов 1-2 уменьшается, а в зоне расположения пары электродов 3-4 увеличивается. В этом случае U₁₂<U₃₄, причем в определенных пределах небольших изменений магнитного числа Рейнольдса зависимоть Q=k(U₁₂+U₃₄) сохраняется, а выражение U₃₄-U₁₂ можно рассматривать как параметр, характеризующий величину Re_m.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения расхода жидкого металла в пределах небольших изменений магнитного числа Рейнольдса.

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

1. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1982 г., 214 с.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидких металлов. Электромагнитный расходомер жидкого металла содержит первичный преобразователь и измерительное устройство, причем первичный преобразователь имеет трубу, индуктор, создающий магнитное поле в канале трубы, и электроды, приваренные к наружной поверхности трубы, расположенные диаметрально противоположно по линии, перпендикулярной направлению магнитного поля, и подсоединенные ко входу измерительного устройства. Отличительной особенностью расходомера является то, что первичный преобразователь имеет две пары электродов, расположенных симметрично, на равном расстоянии от линии симметрии индуктора, перпендикулярной оси канала и направлению магнитного поля, причем сумма разностей потенциалов каждой пары электродов, измеряемая измерительным устройством, служит мерой расхода жидкого металла. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкого металла в пределах небольших изменений магнитного числа Рейнольдса. 1 ил.

Электромагнитный расходомер жидкого металла, содержащий первичный преобразователь и измерительное устройство, причем первичный преобразователь имеет трубу, индуктор, создающий магнитное поле в канале трубы, и электроды, приваренные к наружной поверхности трубы, расположенные диаметрально противоположно по линии, перпендикулярной направлению магнитного поля, и подсоединенные ко входу измерительного устройства, отличающийся тем, что первичный преобразователь имеет две пары электродов, расположенных симметрично, на равном расстоянии от линии симметрии индуктора, перпендикулярной оси канала и направлению магнитного поля, причем сумма разностей потенциалов каждой пары электродов, измеряемая измерительным устройством, служит мерой расхода жидкого металла.