книги из ГПНТБ / Бесконтактный контроль потока жидких металлов

измерения расхода по индикации перехода через нуль э. д. с. в из­ мерительной катушке [9—12]. Рассмотрим сначала метод нульиндикации для плоского участка канала жидкометаллического контура [10]. Соответствующая блок-схема приведена на рис. 3.5. Выбор датчика импульсного расходомера сделан исходя из сле­ дующих соображений. Выше было показано, что электрическое поле индукционных токов над поверхностью движущегося полу­ пространства обладает двумя основными максимумами (положи­ тельным и отрицательным) и переход через нуль определяется условием (3.45). Для э.д. с, наведенной в приемной катушке ши­ риной 2Ь и длиной 10, расположенной над поверхностью полупро­ странства на высоте h, можно записать

Следует отметить, что ввиду быстрого затухания электрического поля второй член выражения (3.47) примерно на порядок меньше первого. Можно показать, что форма выходного сигнала сохра­ няется, если полупространство заменить движущейся проводя­ щей полосой. Кроме того, характер выходного сигнала не зависит •от того, находятся ли приемная и передающая катушки на одной стороне полосы или по обе стороны от нее. На рис. 3.6 приво­ дятся осциллограммы, иллюстрирующие характер изменения во времени э.д. с , снимаемой с приемной катушки для трех значе­ ний скорости. Осциллограммы подтверждают существование двух характерных максимумов — положительного и отрицательного; переход через нуль происходит в момент времени t=x, связанный со скоростью среды и геометрией соотношением

тде / — расстояние между центром намагничивающей и плоско­ стью приемной катушек;

v — скорость движения проводящей среды.

Время х не зависит от положения приемной катушки в плос­ кости (у, z), а зависит только от координаты х(1). Поскольку в зависимость (3.49) не входит проводимость движущейся жидко­ сти, измерения по импульсному методу не зависят от изменений проводимости последней.

Сигнал, снимаемый с приемной катушки, предварительно уси­ ливается и формируется амплитудным ограничителем. После

Рис. 3.7. Эпюры тока и напряжения в различ­ ных каскадах измерителя.

а — режим внешнего запуска; б — режим автомати­

ческого запуска .

селектора полярности остается только сигнал отрицательной по­ лярности, который переключает триггер, запущенный передним фронтом прямоугольного импульса тока. На рис. 3.7, а изобра­ жены эпюры тока и напряжения во времени в различных кас­ кадах схемы измерителя скорости. Uo — синусоидальное напря­ жение, запускающее импульсный генератор; / — ток, выдаваемый импульсным генератором; — напряжение на входе усилителя; U2 — сигнал после усиления и ограничения; U3 — напряжение на выходе амплитудного селектора; £Д — напряжение на выходе триггера. Ширина импульса, выдаваемого триггером, определяет время т в соотношении (3.49). Описанный режим работы назы­ вается режимом внешнего запуска в отличие от режима автоза­ пуска (рис. 3.7, б).

Работа аппаратуры в режиме автозапуска происходит в поло­ жении, когда переключатель Г (см. рис. 3.5) замкнут. При этом сформированное напряжение U2 подается на вход генератора импульсов тока в качестве управляющего напряжения U0. В ре­ жиме самозапуска генератор запускается в моменты перехода через нуль напряжения U\. Величина т определяется частотой повторения прямоугольных импульсов напряжения £/4. На рис. 3.8 приведена осциллограмма временной зависимости напря­ жения Ui. Время (в отличие от режима внешнего запуска) в ре-

к погрешности измерений. Подобные эффекты наблюдаются и в режиме автозапуска [11].

Результаты экспериментальных исследований показывают не­ обходимость введения ряда критериев, которые должны учиты­ ваться при проектировании импульсных расходомеров.

Одним из критериев является постоянная времени среды [9], которую можно записать в следующем виде:

гда а — характерный размер передающей катушки датчика. Час­ тота повторения импульсов тока / должна удовлетворять условию

Расстояние между катушками для соответствующей скорости v также выбирается с учетом постоянной времени среды

связанного с э. д. с, например, для цилиндрического датчика фор-

мулои <§*= J r y | ^ <§• Здесь Пі, п2 — числа витков передающей и

приемной катушек.

Коэффициент к выбирается в соответствии с условиями. Как показывают некоторые результаты, полученные опытным путем,

хорошо согласуются с опытными данными, чем подтверждается целесообразность выбора указанных критериев.

При конструировании датчиков для измерения расхода с ис­ пользованием импульсных электромагнитных, полей следует учитывать, что любые реально применяемые катушки имеют определенные индуктивность 'И емкость. Они определяют дли­ тельность и характер переходных процессов в импульсном ре­ жиме. Наличие переходных процессов может сильно повлиять на форму измеряемого импульса, так что при низкой проводи­ мости среды точные измерения скорости без учета последних становятся невозможными. Таким образом, для проведения точ­ ных измерений постоянная среды Г должна значительно превы­ шать постоянную времени tfe, характеризующую переходные процессы в катушках, т. е. эти процессы должны разделяться во времени. Как показали опыты, выполнения последнего условия можно добиться практически для всех жидкометаллических сред. Следовательно, параметры катушек импульсного датчика выбираются по условию

Xk«T. (3.55)

Критериями (3.51) — (3.54) следует пользоваться при созда­ нии конкретных конструкций импульсных датчиков. Последнее условие, как показали опыты, частично определяет границы применимости импульсного метода лишь для жидкометалличес­ ких сред.

При изложении принципа импульсных методов измерения отмечалось, что формула (3.49), позволяющая определять ско­ рость движения контролируемой среды независимо от проводи­ мости последней, пригодна только для идеализированных слу­ чаев, не учитывающих распределение скоростей, влияние стенок канала и т. п.