книги из ГПНТБ / Бесконтактный контроль потока жидких металлов

н о ш е н и ю с к о р о с т н о й и в и х р е в о й с о с т а в л я ю щ и х с и г н а л а . Хотя использование индукторов пульсирующего маг­ нитного поля в синхронных расходомерах существенно упростило схемное решение и повысило надежность устройства в целом, однако переменная частота тока питания, изменяющаяся в про­ цессе измерения расхода, является существенным недостатком таких устройств, усложняющим их практическую реализацию.

Использование метода измерения расхода по отношению ско­ ростной и вихревой составляющих вторичного магнитного поля с использованием осесимметричного магнитного поля возбуждения позволило практически исключить влияние проводимости контро­ лируемой среды на показания расходомера. Метод может быть использован и в случае пульсирующего магнитного поля возбуж­ дения, которое обеспечивает еще одно преимущество: такой рас­ ходомер не требует предварительной градуировки на жидкометаллическом контуре.

Способ измерения расхода путем создания пульсирующего тюля возбуждения и измерения расхода по величине отношения амплитуд электромагнитного поля, измеренных в минимуме и максимуме поля возбуждения, был предложен Э. Г. Звенигород­ ским [63].

Независимо и почти одновременно со способом, описанным в ![63], был разработан измеритель скорости (расхода) потока

Рис. 1.40. Блок-схема изме­ рителя расхода по методу отношений.

1 , 2 — магннтопровод с катушками в о з б у ж д е н и я ; 3 — измерительный канал; 4 — маг-

ростного сигнала; 6 — катушки приема вихревого сигнала; 7 —

•скоростного сигнала; 11 — изме­ ритель отношений; 12 — инди­ катор расхода .

жидкого металла [17, 24], модифицированная блок-схема которого

Э.д. с, наводимая в группе катушек (5), в силу их геометри­ ческого расположения обусловлена только движением проводя­ щей среды в канале (3). Она пропорциональна частоте тока воз­

где feT — коэффициент, зависящий от числа витков и геометри­ ческих размеров катушки;

В— индукция поля возбуждения.

Э.д. с, наведенная в другой группе катушек, обусловлена, вопервых, прямым полем катушек возбуждения и, во-вторых, вих­ ревой составляющей вторичного поля. Если среда в зазоре отсут­

лена только прямым полем катушек возбуждения. Это означает,, что для выделения вихревой составляющей вторичной Э . Д . С . ИЗ- суммарного сигнала необходимо компенсировать трансформатор­ ную э. д. с. Последняя компенсируется при отсутствии в каналежидкого металла при помощи устройства (7), питаемого от шунта, включенного в цепь катушек возбуждения.

Таким образом, при наличии проводящей среды в рабочем зазоре датчика сигнал в группе приемных катушек [6) пропор­ ционален электропроводности среды и квадрату частоты (см. гл. IV), а именно:

В силу гармонической пространственной структуры поля в ра­ бочем зазоре датчика и одинаковых геометрических размеров и числа витков катушек (5) и (6) коэффициенты кг и индукция В в формулах (1.14) и (1.15) равны.

Отношение этих напряжений дает отношение скорости прово­ дящей среды к скорости движения бегущих компонент поля:

чинах полюсного шага и частоты питания градуируется непос­ редственно в единицах скорости (расхода).

Ясно, что величины сигналов как .скоростного, так и вихревогозависят от геометрии канала и датчика, от частоты тока питания и проводимости среды. Следовательно, эти параметры окажут су­ щественное влияние на чувствительность метода. Кроме того, конкретные конструктивные особенности определят разрешаю­ щую способность метода. Однако в любом случае отношение- (1.16) позволяет определить скорость движения электропроводя­ щей среды, причем метод не требует предварительной тарировки расходомера на контуре. Естественно, здесь не рассматривался вопрос о влиянии целого ряда факторов на погрешность расходомерного устройства (см. другие главы).

На рис. 1.41 показана метрологическая характеристика изме­ рителя расхода, полученная экспериментально на натриевом кон­ туре при частоте тока питания f=90 гц. Расход определялся ис­ пытуемым прибором без предварительной его тарировки {qa) и контрольным, ранее оттарированным кондукционным расходоме­ ром после нескольких часов работы контура.

Среднеквадратичная погрешность в определении расхода не­ превышает 2,5%, причем не наблюдается зависимости показаний испытуемого расходомера от изменения электропроводности кон­ тролируемой среды (температуры контролируемой среды).

Таким образом, описанный выше расходомер с достаточной:

степенью точности позволяет проводить измерения скорости жид­ кого металла без проведения предварительной тарировки при­ бора на жидкометаллическом контуре. Кроме того, исключается влияние температурных изменений проводимости среды на мет­ рологическую характеристику прибора.

Постоянная частота питания датчика позволяет добиться вы- •сокой степени компенсации прямой э.д. с , поскольку амплитуда и фаза этой э.д. с. практически не меняются в процессе измере­ ний расхода.

Изменение величины тока питания также не приводит к появ­ лению сигнала раскомпенсации, поскольку компенсирующее ус­ тройство питается от шунта, включенного в цепь последова­ тельно с намагничивающим индуктором.

Постоянная частота питания также позволяет получить вы­ сокую помехозащищенность, так как возможно использование се­ лективных регистрирующих устройств.

3. Расходомеры, основанные на использовании пульсирующих

магнитных полей с движущейся пространственной огибающей.

Использование бегущих магнитных полей [21], выделение бегу­ щей составляющей пульсирующего магнитного поля [22], опреде­ ление скорости по отношению скоростной и вихревой составляю­ щих вторичного поля [24] позволяют создать приборы, показания которых в значительной степени не зависят от вязкости, проводи­ мости, наличия окислов и т. п.

Кроме того, такие приборы могут использоваться без предва­ рительной тарировки на контуре, если не требуется высокая точ­ ность измерения расхода. •

Основным недостатком первых двух указанных способов из- "мерения расхода является низкая рабочая частота при измере­ нии малых скоростей (менее 1 м/сек) и, следовательно, их малая помехоустойчивость, а также трудности в создании низкочастот­ ной аппаратуры (низкочастотного трехфазного генератора пере­ менной частоты, фазового детектора и т. д.).

К методам измерения скорости, дающим показания, не зави- •сящие от физико-химического состояния среды, относятся также такие, которые основаны на применении пульсирующего магнит­ ного поля с движущейся огибающей магнитного поля [18, 19].

Основным преимуществом подобных расходомеров является то, что частота несущей не меняется в процессе измерений и мо­ жет быть выбрана довольно высокой, что позволяет получить вы­ сокую чувствительность и помехоустойчивость.

Блок-схема расходомера представлена на рис. 1.42. Магнит­ ное поле создается обычным линейным трехфазным индуктором

Рис. 1.42. Блок-схема измерителя расхода, в котором используется пульсирующее поле возбуждения с бегу­ щей огибающей.

1 — измерительный канал; 2 — трехфазный индуктор в о з б у ж ­ дения; 3 — генератор модулированного напряжения; 4 — ка­ тушки приемного индуктора; 5 — магнитопровод приемного ин­ дуктора; Є — фазовращатель опорного напряжения, 7 — фазо ­ вый детектор; S — блок компенсации; 9 — индикатор расхода .

(2), питающимся от генератора (3) модулированными напряже­ ниями, огибающие которых сдвинуты по фазе на 2я/3:

——

где со — круговая частота несущей; Q — круговая частота оги­ бающей, с о » й .

В рабочем зазоре датчика создается пульсирующее магнит­ ное поле с бегущей волной модуляции. Действительно, если рас ­

фазного индуктора создается бегущее магнитное поле с амплиту­ дой, пропорциональной Umcosat. Иными словами, поле индук­ тора будет бегущим с быстро осциллирующей амплитудой. Маг­ нитное поле индуктора в различные моменты времени t показанона рис. 1.43.

Канал (/) с движущейся проводящей средой помещается в магнитное поле индуктора {2) так, что направления движения: пространственной огибающей амплитуды поля и среды совпа­ дают.

В движущейся проводящей среде будут наводиться вихревые токи и токи, обусловленные движением среды в магнитном поле-

Рис. 1.43. Распределение индукции магнитного поля в рабочем зазоре датчика.

а — индуктор бегущего магнитного поля; б — перемещение про­ странственной огибающей магнитного поля вдоль рабочего за­ зора датчика; в — изменение индукции магнитного поля н а д полюсом во времени.

лі пропорциональные амплитуде и частоте магнитного поля и ско­ рости движения среды относительно скорости перемещения про­ странственной огибающей. Когда скорость движения среды равна скорости движения огибающей, составляющая токов, зависящая от относительной скорости, равна нулю.

Приемные катушки {4) размещены на отдельном однофазном -индукторе (5), расположенном над намагничивающим индукто­ ром, и включаются так, чтобы наводимые в них э. д. с. суммиро­ вались.

Э . д . с , снимаемая с приемных катушек, представляет собой

ствии в рабочем зазоре датчика электропроводящей среды, а под вторичной э.д.с. — напряжение, обусловленное токами, возника­

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.S h e l l G. \V. Messung der Geschwindigkeit leitfahiger Medien mittels Beeinflussung eines Magnetfeldes durch diese Medien. Diss. Dokt. — Ing. Univ.

'Stuttgart, 1969.

2. L e h d e H., L a n g W. T. Device for Measuring Rate of Fluid Flow. US Pat. 2435043, 1948.

3. Б о г д e н к о А. А., В е л ь т И. Д. Индукционный расходомер. Авт. свид. № 104745. — Бюлл. пзобр., 1956, 12.

4.П о б е р е ж с к и и Л. П. Способ измерения скорости и электропровод­ ности потока ионизированных газов и устройство для его осуществления. Авт. свид. № 152747. — Бюлл. изобр. и товарных знаков, 1963, 2.

5.Pat. fr. 1157500.

6. П и н ч у к А. Г. Устройство для бесконтактного измерения скоростей

лускорений движущихся электропроводных тел. Авт. свид. № 168947. —

•сред. Авт. свид. № 214121. — Изобретения, промышл. образцы н товарные

к о в Э. К. Устройство для измерения скорости потока электропроводящих сред. Авт. свид. № 218464. — Открытия, изобретения, промышл. образцы и то­ варные знаки, 1969, 9.

20. Р ы б а к о в Э. К., Ц и р к у н о в В. Э. Фазочувствительный способ индикации расхода. — Изв. АН ЛатвССР, сер. физ. и техн. наук, 1969, 6.

нптопроводом для измерения расхода (скорости) электропроводящих сред

скорости потока жидкого металла методом отношений. — Магнитная гидро­ динамика, 1971, 2.

следование индукционных измерителей расхода с радиальным аксиально-сим­

31.П о б e p e ж с к и й Л. П. Измерение скорости и электропроводности потоков ионизированного газа. — ЖТФ, 33, 1963, 12.

32.F u s h А. Е. Technique for Obtaining the Electrical Velocity Profile. Electromagnetic Aspects of Hypersonic Flight. — Proc. Second Plasma SheathSymp., 1954.

33.F u s h A. E . Flight Instrumentation for Re-Entry Plasma Sheath. —

Fifth Biennial Gas Dynamics Symp., August, 1963.

34. F u s h A. E . An Instrument to Measure Velocity-Electrical Conductivity of Arc Plasmajets. — AIAA J., 24, 19'64.

35. Б о р о в и к В. Ф. Способ измерения локальных скоростей в потоке. Авт. свид. № 251968. — Открытия, изобретения, промышл. образцы и товар­ ные знаки, 1969, 28.

№152977. — Бюлл. изобр. и товарных знаков, 1963, 3.

37.Я л о в е г а Н. В. Специфика измерений теплофизических параметроввысокотемпературных энергетических установок. М., Атрмиздат, 1970.

38. П и в о в а р о в Л. В. Устройство для бесконтактного измерения ско­ рости движущейся токопроводящей полосы. Авт. свид. № 150169. — Бюлл.

42. A r e й к и н Д. И. и др. Датчики контроля и регулирования. Справоч­ ные материалы. Изд. 2-е, перераб. М., «Машиностроение», 1965, 761—762.

способ измерения расхода электропроводных жидкостей. Авт. свид. № 168906.

— Бюлл. изобр. и товарных знаков, 1965, 5.

45. С е р м о н с Г. Я., Ж е i" г у р Б. Д., 3 о н м е р Ю. А., К а л н и н ь Р. К. Бесконтактный способ измерения расхода электропроводящей жидкости. Авт. свид. № 231143. — Изобретения, промышл. образцы и товарные знаки, 1968, 35.

сжпдкометаллическим рабочим телом. Л., «Энергия», 1970.

49.О х р е м е н к о Н. М. Основы теории и проектирования линейных ин­ дукционных насосов для жидких металлов. М., Атомиздат, 1968.

50. К р у м и н ь Ю. К. Взаимодействие бегущего магнитного поля с про­ водящей средой. Рига, «Зннатне», 1968.

51.F r a n k е G. Elektromagnetischer Durchflussmesser. Pat. DDR 76597, 1970.

52.Pat. GB 1023027, 1967.

лоля для измерения расходов электропроводящей жидкости. — Автометрия,

жидкого металла двусторонним датчиком пульсирующего магнитного поля. — Изв. АН ЛатвССР, сер. физ. и техн. наук, 1969, 5.

58. К и р ш т е й н Г. X., Р ы б а к о в Э. К., Г и н з б у р г А. С. Устройство для бесконтактного измерения скорости течения электропроводящей жидкости. Авт. свид. № 166516. — Бюлл. изобр. и товарных знаков, 1964, 22.

59. К и р ш т е й н Г. X., Р ы б а к о в Э. К- Метод измерения скорости про­ водящих сред с использованием пульсирующих магнитных полей. — Изв. АН ЛатвССР, сер. физ. и техн. наук, .1965, 2.