Практическое руководство к курсовому проекту по дисциплине «Проектирование и расчет преобразователей информации», страница 8

Назначение Счетчик тепловой энергии с электромагнитным расходомером в качестве датчика расхода (ЭМР) служит для определения общего количества теплоты, отданного системой теплоснабжения в тепловую сеть за время измерения.

Принцип действия счетчика тепловой энергии с ЭМР заключается в интегрировании мгновенного теплового потока, отдаваемого теплоносителем.

Теплосчетчик включает в себя электромагнитный датчик (ЭМР), полезная составляющая выходного сигнала которого имеет линейную зависимость от расхода, датчики температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и вторичный прибор (ВП).

ВП состоит  из  устройства питания ЭМР,  преобразователя разности температур в напряжение, вычислителя тепловой мощности и устройства вывода, осуществляющего индикацию суммарного количества теплоносителя и количества теплоты, а также передачу данных в информационно-измерительную систему учета энергии.

Электромагнитный датчик расхода. Конструктивно ЭМР представляет собой толстостенную  камеру,  выполненную в виде короткого отрезка трубы (рис.2.6). В основе работы электромагнитного расходомера лежит эффект взаимодействия движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, который подчиняется закону электромагнитной индукции [2, с.408]. ВП измеряет ЭДС, индуцируемую в жидкости, когда она пересекает магнитное поле. Для этого в участок трубопровода (рис.2.5) из немагнитного материала, покрытого внутри неэлектропроводной изоляцией и помещенного между полюсами 1 и 4 магнита или электромагнита, вводятся два электрода 3 и 5 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Разность потенциалов Е на электродах 3 и 5 определяется уравнением

где       B - магнитная индукция;

D - расстояние между электродами;

u и Q0 - средняя скорость и объемный расход жидкости.

Рис.2.5 Принципиальная схема преобразователя расхода электромагнитного расходомера.

При измерении расхода обычных жидкостей с ионной проводимостью во избежание поляризации электродов 2 применяют переменное магнитное поле, создаваемое электромагнитами 1 (рис.2.6).

Рис.2.6 Монтаж электромагнитного датчика на объекте

ЭМР устанавливается в разрезе трубопровода с помощью специальных креплений. Датчик включает в себя обмотки возбуждения (1) и два электрода (2), располагающихся на противоположных сторонах внутренней поверхности камеры напротив друг друга так, что линия, проведенная в плоскости поперечного сечения камеры от одного электрода к другому, пересекает линии магнитного поля, формируемого обмотками возбуждения, под прямым углом. Движение теплоносителя в магнитном потоке, сформированном обмотками возбуждения ЭМР, приводит к появлению на выходных клеммах датчика  разности  потенциалов,  пропорциональной  расходу теплоносителя.

В случае питания электромагнитов переменным током поле имеет синусоидальную форму и его индукция

где       Bmax - определяется параметрами электромагнитов и силой тока питания датчика.

В этом случае ЭДС, пропорциональная расходу, изменяется согласно уравнению:

 

Однако получение информации об этом сигнале осложнено многими причинами, перечисленными далее [2, с.414-416]. Предложенные на проектирование функциональные схемы счетчика тепловой энергии позволяют учесть лишь некоторые из них и исключают влияние нестабильности питания и сопротивления датчика, а также квадратурную составляющую (в расчете схем курсового проекта принимать, что от ЭМР поступает сигнал,  содержащий только полезную Uп и квадратурную Uкв составляющие, см. задание):

1) Наряду с токами проводимости в преобразователе расхода протекают токи смещения. Коэффициент ослабления Ко измеряемой ЭДС в результате шунтирующего действия токов смещения определяется уравнением

где       w - круговая частота магнитного поля;

e0 - электрическая постоянная;

g - удельная проводимость жидкости;

er - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости.