книги из ГПНТБ / Бесконтактный контроль потока жидких металлов

тельных скоростей напряжения на выходе индукторов (2) и (5) будут равны, что фиксируется индикатором баланса (4).

Таким образом, при нулевом показании индикатора баланса скорость проводящей среды определяется формулой

тора (9), может быть отградуирован непосредственно в единицах скорости (объемного расхода). Выполнение условия равенства прямых э.д. с. в диапазоне частот может быть осуществлено регу­ лировкой амплитудной характеристики перестраиваемого генера­ тора или включением в цепь приемного индуктора (2) специаль­ ного блока коррекции (3).

Применение повышенных частот является несомненным пре­ имуществом описанного синхронного способа измерения расхода электропроводящих сред. Однако применение двух намагничива­ ющих индукторов и двух трехфазных генераторов, один из кото­ рых должен быть перестраиваемым, а также блока коррекции существенно усложняет измерительную схему и снижает надеж­ ность всего устройства в целом.

Проверка предложенного метода была проведена на твердой модели (медный и дюралевый диски). Результаты испытаний вы­ явили независимость показаний измерителя скорости как от элек­ тропроводности среды, так и от величины зазора между индук­ торами.

Экспериментальная проверка лабораторной модели расходо­

который должен обеспечивать равенство амплитуд фазных на­ пряжений. Также строго должно соблюдаться условие равенства сдвига фаз между ними. Выполнение этих условий является сложной задачей, а любое их нарушение вызовет появление до­ полнительных пульсирующих полей,-которые неизбежно окажут влияние на точность измерений.

Кроме того, дифференциальный расходомер, в котором ис­ пользуются два встречно-бегущих магнитных поля, должен иметь магнитные системы, идентичные по своим параметрам. Каждая из таких систем включает в себя как намагничивающий, так и приемный индуктор.

Если по какой-либо причине нарушается условие идентично­ сти намагничивающих индукторов, то это может привести к раз­ личной величине магнитного поля в рабочем зазоре, а тем самым к появлению дополнительной погрешности в определении средней скорости потока жидкого металла. Совершенно очевидно, что к появлению дополнительной погрешности приведет и неидентич­ ность приемных .индукторов.

Можно отказаться от применения в измерителе расхода ин­ дукторов бегущих магнитных полей и использовать пульсирую­ щее магнитное поле. Действительно, пульсирующее магнитное поле может быть рассмотрено как наложение двух встречно-на­ правленных бегущих магнитных полей:

Следовательно, вместо двух идентичных индукторов бегущего магнитного поля можно использовать лишь один намагничиваю­ щий индуктор пульсирующего магнитного поля. Тем самым отпа­ дает необходимость и в трехфазном генераторе.

Поскольку сигналы с катушек приемных индукторов вычита­ лись (при амплитудном методе индикации), то в случае равен­ ства скорости жидкого металла нулю либо в отсутствие жидкометаллической среды в рабочем зазоре датчика разностный сигнал был равен нулю. Это означает, что система двух приемных одно­ фазных индукторов должна быть заменена одним, расположен­ ным таким образом, чтобы трансформаторная э. д. с. в приемных катушках не наводилась.

Блок-схема такого измерителя представлена на рис. 1.32, а [13]. Расходомер состоит из датчика и измерительного блока. Дат­ чик представляет собой два линейных индуктора с одинаковым полюсным делением. Индукторы (2) и [4) датчика размещены по обе стороны плоского участка канала. Намагничивающий ин­ дуктор (2) питается однофазным током от генератора (5). На­ магничивающие катушки этого индуктора включены так, что в

а)

Установка нуля ж

ш

Рис. 1.32. Измеритель скорости (рас­ хода) с пульсирующим полем возбуж­ дения.

а— блок-схема: / — измерительный ка­

При такой схеме включения в зоне рабочего участка существуют плоскости (3) (обозначенные на рис. 1.32,а прерывистой линией), где величина магнитного поля обращается в нуль. Приемный ин­ дуктор (4) размещается на другой стороне рабочего участка ка­ нала таким образом, что его зубцы находятся напротив середины лазов активного индуктора. Ввиду этого в любой момент времени каждая из катушек приемного индуктора пронизывается двумя одинаковыми магнитными потоками противоположного направ­ ления. Следовательно, в Силу магнитной симметрии э.д.с.в при­ емных катушках при отсутствии движения электропроводящей

Рис. 1.34. Блок-схема двустороннего дифферен­ циального расходомера.

J — линейные индукторы; 2 — измерительный канал; 3 — катушки в о з б у ж д е н и я ; 4 — приемные катушки; 5 — генератор однофазного тока возбуждения ; 6 — измерительный усилитель; 7 — индикатор расхода .

суммировались. Суммарный сигнал подается на измерительный усилитель (6). Указатель (7) подключен к выходу усилителя и градуируется в единицах скорости (расхода).

Так же как и в случае одностороннего датчика, э. д. с, наведен­ ная в приемных катушках, зависит от проводимости контролируе­ мой среды, частоты тока возбуждения, геометрии датчика и ка­ нала. Характеристики датчика будут рассмотрены в главе IV. На рис. 1.35 показана лишь основная характеристика датчика — метрологическая. Ввиду простоты схемы питания и индикации, а также высокой чувствительности расходомеров с использованием как односторонних, так и двусторонних датчиков целесообразно( их применять там, где требования к точности невысокие.

• б) Р а с х о д о м е р ы , в к о т о р ы х и с п о л ь з у е т с я я в ­ л е н и е с и н х р о н н о с т и . Если проводящая полоса движется в пульсирующем магнитном поле

Ву = В0 cos co^cos a2= - ^ - [cos (coif—аг) + cos(co^+a£)J,

то характер распределения индуцируемых в среде токов будет, определяться относительной скоростью среды. В случае непод­ вижной среды закон распределения токов такой же, как и внеш­ него магнитного поля. При движении среды со.скоростью ис =<в/а в ней будут наводиться токи, обусловленные только компонентой

-~ cos(at + az) поля. Следовательно, распределение токов в

проводящей среде в этом случае подчиняется закону бегущей волны. В свою очередь, вторичное магнитное поле также имеет бегущий характер. Это явление было использовано при создании измерителя скорости проводящих сред [14, 22, 58, 59].

Выделение вторичного магнитного поля производится путем компенсации влияния поля возбуждения, которую можно осуще­ ствить либо электрическим, либо геометрическим способом. В со­ ответствии с применяемым способом компенсации предложены два различных устройства для измерения расхода {14, 58].

На рис. 1.36 приведена схема устройства измерителя с геомет­ рической компенсацией трансформаторной э. д. с. [58].

Датчик измерителя состоит из индуктора (/), создающего пульсирующее магнитное поле, и двух приемных катушек (2). Индуктор состоит из плоских катушек, соединенных между собой так, что образуется система чередующихся магнитных полюсов. Индуктор питается от генератора (4), частота которого может плавно изменяться.

Плоскости приемных и возбуждающих катушек взаимно пер­ пендикулярны, поэтому поле возбуждения не наводит э. д. с. в приемных катушках (геометрическая компенсация).

Рис. 1.36. Блок-схема расходомерного устройства с пульсирую­ щим полем возбуждения и геометрической компенсацией транс­ форматорной э. д. с.

/ — индуктор пульсирующего магнитного поля; 2 — приемные ка­ тушки; 3 — катушки в о з б у ж д е н и я ; 4 — генератор тока; 5 — измери­ тельный канал; 6 — измерительный усилитель; 7 — сннхродетектор; 8 — индикатор расхода .

Датчик крепится на измерительном участке трубопровода

(5). В приемных катушках будет наводиться э.д. с, обусловлен­ ная только вторичным магнитным полем. Наличие двух прием­ ных катушек связано с необходимостью анализа характера вто­ ричного поля. Характерной особенностью чисто бегущего поля является то, что амплитуда его остается неизменной вдоль оси г,

афаза изменяется в зависимости от координаты г.

Воснову измерения положен фазовый принцип анализа поля, как наиболее точный [60]. Приемные катушки расположены та­ ким образом, что расстояние между их серединами равно т/2.

При неподвижной среде вторичное поле наводит в этих катуш­ ках синфазные или противофазные э. д. с, в зависимости от вклю­ чения. При движении среды с синхронной скоростью характер

распределения вторичного поля будет бегущим. Следовательно, э.д. с, наведенные в катушках, расположенных на расстоянии четверти длины пространственной волны вторичного поля (т/2), будут находиться в квадратуре. Разность фаз л/2 в приемных ка­ тушках может быть измерена наиболее точно {60, 61] синхронным детектором (7), напряжения на который подаются с усилите­ лей (6).

Процесс измерения заключается в определении такой частоты поля возбуждения, при которой индикаторный прибор (8) регис­ трирует квадратурный сдвиг. При этом скорость среды опреде­ лится из условия v = 2xf.

Рис. 1.39. Блок-схема электромеханического роторного преобразователя расходомера.

/ — многополюсныЛ ротор; 2 — намагничивающие катушки; 3 — контактные щетки для питания на­ магничивающих катушек; 4 — генератор; 5 — при­ емные катушки; 6 — контактные щетки д л я съема сигнала; 7 — блок управления скоростью враще ­ ния двигателя; 8 — двигатель; 9 — индикаторскорости вращения; 10 — канал с ж и д к и м метал­ лом .

использующим датчики бегущего магнитного поля. Отсутствие трехфазного генератора существенно упростило измерительнуюсхему при сравнительно высокой чувствительности.*

Однако эти устройства имеют существенные недостатки: на­ личие двухканального компенсирующего устройства и необходи­ мость изменения частоты тока возбуждения таким образом, чтобы скорость движения одной из компонент пульсирующего поля совпала со скоростью движения проводящей среды. Такой процесс измерения затрудняет применение указанных устройств,, особенно в случае быстропеременных потоков. Кроме того, ука­ занные устройства неприменимы для измерения малых расходов (скоростей), так как в этом случае требуется малая скорость компонент поля, а следовательно, низкая частота тока возбуж­ дения. При низкой частоте тока возбуждения индуктируемые в. электропроводящей среде токи будут малы и, следовательно, чувствительность устройства будет низкой. Переменная частота питания практически не позволяет применять избирательные ус­ тройства в усилителях, что значительно снижает помехоустойчи­ вость расходомера.

К синхронным методам измерения расхода можно отнести ус­ тройство, блок-схема которого показана на рис. 1.39 [62]. В каче­ стве преобразователя используется многополюсный ротор, актив­ ные обмотки которого включены встречно и питаются от генера­ тора. Тем самым в рабочей зоне создается пульсирующее магнит­ ное поле. Напряжение с приемных обмоток подается на блок уп­ равления, который регулирует скорость вращения ротора. При вращении ротора с линейной скоростью, отличной от скорости движения среды, на выходе приемных обмоток появляется сигнал рассогласования. Блок управления меняет скорость ротора так, чтобы свести этот сигнал к нулю. В этом случае линейная ско­ рость вращения ротора равна скорости движения среды.

Существенным недостатком метода является трудность съема сигнала, особенно в условиях высоких температур. Инерция ро­ тора вызывает погрешность при измерении потоков с быстро ме­ няющимся расходом.

в) У с т р о й с т в а , о п р е д е л я ю щ и е р а с х о д по о т -