книги из ГПНТБ / Бесконтактный контроль потока жидких металлов

вихревой составляющей вторичного поля и определять их отно­ шение.

Такой расходомер описан в работах [4, 31]. Схема датчика приведена на рис. 1.7. Катушки образуют датчик с центральной возбуждающей катушкой, расположенный на трубопроводе (6) с контролируемой средой. Напряжение сигнала, пропорциональное' Rem , снимается с катушек (2, 3), включенных встречно. С допол­ нительных катушек (4, 5), включенных согласно, снимается сиг­ нал, содержащий две компоненты. Одна компонента, пропорцио­ нальная полю возбуждения, с помощью внешнего устройства компенсируется при отсутствии контролируемой среды. Другая, пропорциональная вихревому магнитному полю, т. е. произведе­ нию проводимости и частоты, подается на измеритель отношения- напряжений. Отношение скоростной к вихревой э. д. с. пропорцио­ нально скорости движения контролируемой среды и практически не зависит от изменения ее электропроводности.

С помощью датчика измерителя расхода (рис. 1.7) возможно' измерение распределения скорости по сечению трубы известной и неизменной электропроводности среды. Профиль скорости уста­ навливается математической обработкой результатов измерения, получаемых при разных частотах поля возбуждения [31—35].

Датчики с осесимметричным полем неудобны в эксплуатации: их установка связана с разработкой трубопровода. Датчики с по­ перечным магнитным полем устанавливаются на контуре без: нарушения целостности трубопровода.

Предложен электромагнитный расходомер (рис. 1.8) с датчи­ ком, по конструкции близким к кондукционному [36]. В зазоре

разом, что магнитные потоки, возбужденные в центральном зубце, направлены встречно.

В магнитном поле датчика расположен канал с жидким ме­ таллом (<?). Если катушки W\ и W2 создают одинаковые и встречно направленные потоки Фі и Фг, то остаточное напряже­ ние в приемной катушке Wz при отсутствии движения металла в канале будет минимальным, так как магнитные потоки вторич­ ного вихревого поля Ф'і и Ф'г также направлены встречно. Часть вторичного магнитного поля, возникающего при движении элек­ тропроводящей среды, замыкается через приемный зубец. В при­ емной катушке W3 наводится э. д. с, измеряемая прибором (4), •отградуированным в единицах расхода. Размещение дополни­ тельных приемных катушек [5] позволило выделить вихревое магнитное поле и определять расход по отношению вторичных э. д. с.

Если сверху канала расположить еще один такой же датчик, то получается двусторонняя система. В случае использования

.двустороннего датчика зависимость показаний прибора от изме­ нения положения канала в зазоре будет минимальной в отличие •от датчика прикладного типа, где смещение канала в процессе из­ мерения может существенно увеличить погрешность измерения.

Один из вариантов конструктивной реализации метода, исполь­ зующего две системы возбуждения поперечного магнитного поля, показан на рис. 1.10 [37].

Бесконтактный электромагнитный расходомер содержит ка-

В проводящей жидкости, движущейся со скоростью v в попе­ речном поле возбуждения одного и другого магнита, наводятся э.д. с. противоположной полярности, пропорциональные скорости жидкости и величине магнитной индукции. При этом появляется замкнутый контур тока / и связанный с ним магнитный поток Фс . Последний вызывает изменение намагниченности магнитомягкого материала магнитопровода (<?). Изменению магнитного состояния материала соответствует приращение реактивного сопротивления катушек (4), питаемых переменным током частотой 400 гц и бо­ лее. Чувствительный элемент датчика питается от блока, стаби­ лизированного по частоте и напряжению питания, поэтому при изменении реактивного сопротивления катушек пропорционально изменяется величина тока питания. Выходным сигналом индика­ тора является изменение тока питания в цепи катушек (4) с из­ менением расхода. Подробное описание датчика можно найти в работе [37].

На рис. 1.16 представлена конструктивная схема датчика рас­ хода, питаемого переменным током [8]. Два электромагнита воз­ буждения (1), обмотки которых питаются переменным током по­ вышенной частоты, охватывают мерный участок канала (2) и служат для возбуждения поперечного переменного магнитного поля Ф в . Магнитопровод (3) с измерительной катушкой (4) раз­ мещен симметрично между электромагнитами возбуждения. Ра­ бота данного преобразователя основана на тех же физических явлениях, что и рассмотренные выше, однако использование пе­ ременного тока возбуждения позволяет получить достаточно высокую чувствительность устройства.

Следует сказать несколько слов об асинхронных расходоме­ рах, предложенных Н. В. Яловегой [37]. Поскольку бесконтактный съем сигнала, пропорционального скоростной компоненте инду­ цированного магнитного поля, с помощью разомкнутых магнит­ ных систем позволяет использовать лишь его небольшую часть, представляется целесообразным выполнить чувствительный эле­ мент замкнутым. Это дает возможность сконцентрировать индуцированный магнитный поток через измерительную катушку. Конструктивная схема датчика расходомера приведена на рис. 1.17. Трубопровод эллиптического сечения (J) охватывается Со­ образными электромагнитами (2) с катушками возбуждения (3), •создающими магнитный поток возбуждения Ф в . Распределение плотностей тока /, возникающих за счет движения контролируе­ мой среды, показано на рис. 1.17.

Центральный контур охватывает сквозную втулку (4), сквозь которую проходит замкнутый магнитопровод чувствительного элемента (5). Магнитный поток сигнала Ф с , обусловленный цент­ ральным контуром тока, индуцирует э.д. с. в измерительных ка­ тушках {6,7).

втулка; 5 — магнитопровод измерительной си­

Н. В. Яловега в работе [37] подробно анализирует расходо­ меры подобного типа и дает методику их расчета. Величина чув­ ствительности опытных образцов с тремя чувствительными эле­ ментами составляет несколько вольт на 1 л/сек. При этом указы­ вается, что мощность источника питания, стабилизированного по току и частоте, порядка 0,25 кет.

На наш взгляд, автор довольно оптимистично оценивает пер­ спективы асинхронных расходомеров. Асинхронным расходоме­ рам свойственны все недостатки дифференциальных датчиков расхода, кроме того требуется специальная конструкция мерного' участка трубопровода. Выход заключается не в усложнении изме­ рительной схемы за счет введения корректирующих элементов (например, температурной коррекции), а в создании преобразо­ вателей, лишенных этих недостатков.

Следует отметить один общий недостаток, характерный для большинства описанных в этой главе датчиков измерителей рас­ хода. Изменение температуры контролируемой среды приводит к изменению температуры датчика. Вследствие этого нарушается

пенсации, позволяющими существенно снизить собственные по­ мехи при тепловых и механических воздействиях. В результате возможно измерение малых скоростей (расходов) электропрово­ дящих сред [9].

Рабочие намагничивающие обмотки (/) располагаются на магнитопроводе (2) и включаются так, чтобы векторы магнитной индукции в обоих полюсных наконечниках были направлены оди­ наково. На этом же магнитопроводе находятся дополнительные (компенсационные) намагничивающие катушки (3), векторы магнитной индукции в которых направлены противоположно ра­ бочим.

На магнитопроводе (4) находятся основные приемные об­ мотки (5), включенные таким образом, чтобы э. д. с, наводимые в них от движения электропроводящей среды, суммировались. На этом же магнитопроводе находятся дополнительные компенсаци­ онные обмотки (6), включенные последовательно с основными об­ мотками.

На магнитопроводе (7) расположены такие же намагничива­ ющие обмотки, как и на магнитопроводе (2), Намагничивающие обмотки магнитопроводов (2) и (7) включены последовательно, т. е. в рабочем зазоре этих магнитопроводов векторы магнитной индукции направлены в противоположные стороны.

Если происходит смещение приемного или намагничивающего

29 Импульсные измерители скорости

магнитопровода, то при этом нарушается симметрия магнитного потока и возникает дополнительная (трансформаторная) э. д. с. Заметим, что трансформаторная э. д. с. в приемных обмотках (5) в основном обусловлена магнитным потоком намагничивающих обмоток (/), а трансформаторная э. д. с. в компенсационных об­ мотках (6) обусловлена магнитным потоком рассеяния намагни­

В рабочем зазоре магнитопроводов находится канал с движу­ щейся электропроводящей средой. Э. д. с, наводимая в приемных обмотках при движении электропроводящей среды в магнитном поле, подается на измерительное устройство, отградуированное в единицах скорости (расхода).

Исследования рассмотренных выше индукционных расходоме­ ров показали, что наряду с такими положительными качествами, как отсутствие электродов, возможность установки датчика вне трубопровода и высокая чувствительность, для них характерна нестабильность метрологической характеристики ввиду зависимо­ сти показаний от проводимости среды, которая изменяется с из­ менением температуры.

§ 3. ИМПУЛЬСНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СРЕД

В тех случаях, когда требуется контролировать расход жид­ кого металла и нет возможности провести предварительную тари­ ровку прибора на контуре, преимуществами по сравнению с опи­ санными выше методами обладают импульсные методы измере­ ния расхода [21, 43].

О величине расхода судят по моменту перехода через нуль индуцированного в измерительной катушке напряжения при пер­ вом переходе знака от положительного значения к отрицатель­ ному. Как показали исследования, момент перехода напряжения через нуль не зависит от изменения проводимости среды. Это поз­ воляет исключить зависимость результатов измерений от изме­ нения физических параметров контролируемой среды (от изме­ нения проводимости среды при изменении температуры послед­ ней) и тем самым добиться однозначности показаний.

На рис. 1.19 приведена блок-схема устройства, реализующего описанный способ измерения расхода.

Над поверхностью канала прямоугольного сечения (/), по ко­ торому протекает электропроводящая жидкость, расположена

прямоугольная катушка возбуждения (2), которая питается от генератора (<3) импульсами определенной формы (ток быстро возрастает от 0 до /о, а затем медленно затухает до 0). Это вы­ зывает появление наведенных токов в контролируемой среде, ко­ торые «увлекаются» жидкостью со скоростью, равной скорости потока. За счет затухания и перемещения наведенных токов в из­

устройство (6), которое часть отрицательного значения сигнала, следующую за первым положительным значением его, преобра­ зует в прямоугольный импульс, передний фронт которого совпа­

Таким образом, частота запуска генератора прямо пропорцио­ нальна скорости течения жидкости. Частота запуска генератора измеряется частотомером (7).

0)

Приемная

а -©

\

Лередоющая

котушка

Рис. 1.20. Схема реализации импульсного метода, осно­ ванного на нуль-индикации э. д. с. в измерительной ка­ тушке.