Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 37

Принцип действия этих расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, по которому наведенная в проводнике ЭДС пропорциональная скорости его движения в магнитном поле. Роль проводника играет поток электропроводной жидкости, протекающей через первичный электромагнитный преобразователь расхода, встроенный в трубопровод.

На рис. 5.63 представлена принципиальная схема электромагнитного расходомера. Корпус 1 преобразователя изготовлен из немагнитного материала и покрыт изнутри электрической изоляцией 2, расположен между полюсами магнита. Через стенку трубы изолированно, точно противоположно по диаметру, введены электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнита направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов.

В соответствии с законом электромагнитной индукции при осесимметричном профиле скорости потока в жидкости будет наводиться ЭДС:

                                                             ,

где     B – индукция магнитного поля;

          D – длина жидкостного проводника, равная диаметру трубопровода;

          v – средняя скорость жидкости.

Учитывая, что , получаем выражение

                                                            ,

откуда следует, что значение выходной ЭДС прямо пропорционально значению объемного расхода.

Электромагнитные расходомеры с постоянным магнитом могут использоваться для измерения расходов жидкометаллических теплоносителей, не обладающих ионообменной проводимостью. При использовании этих расходомеров для теплоносителей с ионообменной проводимостью возникает поляризация электродов: накопление отрицательных ионов на положительных электродах и положительных ионов – на отрицательных электродах. В результате изменяется градуировочная характеристика расходомера, что делает его непригодным к работе. Поэтому применяют расходомеры с переменным магнитным полем. При высокой частоте поляризация электродов практически отсутствует, но появляется паразитная трансформаторная ЭДС, которая не зависит от расхода среды, но которая имеет место даже при расходе, равном нулю. Применением в измерительной схеме фазочувствительных детекторов можно существенно уменьшить влияние паразитной ЭДС и полностью ее компенсировать. Тогда реализуются все преимущества электромагнитных расходомеров: применение на трубопроводах любых диаметров и любых расходов, независимость показаний от вязкости и плотности среды, линейность шкалы прибора, безинерционность работы, отсутствие элементов внутри трубопровода и потери давления, возможность измерения расхода агрессивных жидкостей и пульп.

5.4.7.  Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры относятся к отряду акустических расходомеров, основанных на измерении зависящего от расхода того или другого эффекта, возникающего при зондировании потока. Большинство расходомеров, применяемых на практике, работают в ультразвуковом диапазоне частот, и поэтому называются ультразвуковыми. Обычно они служат для измерения объемного расхода жидкости, т. к. эффекты, фиксируемые при прохождении ультразвуковой волны, связаны со скоростью потока. Путем применения акустического преобразователя, реагирующего на плотность измеряемой среды, можно осуществить измерение массового расхода.

Приведенная погрешность ультразвуковых расходомеров оценивается величиной (0,5 ¸ 1)Q_в.п. Они пригодны для измерения потоков в трубах любого диаметра, начиная от 10 мм и более. Для измерения расхода газовых сред ультразвуковые расходомеры не применяют вследствие малого акустического сопротивления такой среды и трудностей в получении интенсивных звуковых колебаний в них.

Основными элементами первичных преобразователей ультразвуковых расходомеров являются излучатели вводимых в поток ультразвуковых колебаний и приемники этих колебаний. В приемниках реализуется прямой пьезоэффект, когда под действием колебаний пьезопластинка претерпевает деформации сжатия и растяжения, преобразуя их в переменное электрическое напряжение. Излучатели работают на обратном пьезоэффекте – переменный электрический потенциал преобразуется в ультразвуковые колебания.