1.2 Выбор и расчет датчика расхода жидкости

Для схемы автоматического несвязанного регулирования ректификационной колонны, на основе классификационного анализа, выберем в качестве датчик расхода жидкости – электромагнитный расходомер ИР-61. Этот датчик является более точным в измерениях. Технические характеристики приведены в таблице 1.2 и таблице 1.3.

Таблица 1.2 – Технические характеристики расходомера с электромагнит

ным преобразователем расхода ИР-61

Тип	Диаметр D, мм	Верхние пределы скорости потока измеряемой среды, м/с										Класс точности	Первичный измерительный преобразователь
		0,5	1,0	2,0	2,5	3,2	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0		Потребляема мощность	Параметры окружающего воздуха		Габаритные размеры	Масса, кг
		Верхние пределы измерений расхода, м³/ч												Температура, град.	Влажность, %
ИР-61	50	8,0	10	12,5	16	20	25	32	40	50	60	1	500	(-30)-(+50)	95	300*530	42

Таблица 1.3 – Технические характеристики расходомера ИР-61

Тип	Диаметр D, мм	Материал покрытия преобразователя расхода	Защищенность трубопровода преобразователя расхода покрытием	Контроллируемая среда	Параметры контроллируемой среды
					Наибольшее давление, МПа	Температура, град.
ИР-61	50-80	Фторопласт-4	До прижимного фланца	Среды любой агрессивности	1,0	(-40)-(+150)

Рассмотрим принцип действия данного датчика. Рассмотрим перемещение за время dt отрезка проводника M\M_Z длиной I в магнитном поле с индукцией В. Пусть угол между проводником и вектором его скорости U равен 9 (рисунок 1.14).

Рисунок 1.14 – Перемещение отрезка проводника в поле магнитной

индукции

Методика расчета электромагнитного расходомера включает следующие этапы:

1) для смещаемой площади

(1.2)

или в векторной форме

(1.3)

2) для потока магнитной индукции

(1.4)

3) для индуцированной э. д. с.

(1.5)

4) Если скорость U перпендикулярна I, а индукция В перпендикулярна плоскости, образованной векторами I и U, то получим:

(1.6)

5) Эта формула распространяется на случай течения жидкости в трубопроводе диаметром D со скоростью U, перпендикулярной В. Индуцированная э. д. с. вдоль диаметра, перпендикулярного В, выражается формулой:

(1.7)

В действительности скорость изменяется вдоль радиуса поперечного сечения, но так как распределение скорости симметрично относительно оси трубопровода, то можно показать, что измеренная описанным способом скорость U является средней скоростью течения. В этих условиях сигнал е пропорционален расходу.

Реализация метода. Магнитная индукция величиной 10³ Тл - 10² Тл создается двумя катушками, расположенными диаметрально противоположно по обе стороны трубопровода, расход в котором измеряется. Трубопровод изготовляется из немагнитного материала, а внутренняя поверхность трубы покрывается изоляционным слоем, в случае необходимости стойким к агрессивной транспортируемой среде.

6) Два электрода, воспринимающие сигнал, располагаются на концах диаметра поперечного сечения, перпендикулярного силовым линиям магнитного поля. Катушки питаются переменным током (например, с частотой 30 Гц), чтобы избежать поляризации электродов. При этом сигнал генерируется в виде:

(1.8)

где В₀ — максимальная величина индукции,

ω— частота ее пульсации.

Амплитуда сигнала, пропорциональная U, обычно имеет порядок мВ. Она выделяется из сигнала (рисунок 1.15) посредством синхронного детектирования.

Рисунок 1.15 – Электромагнитный расходомер и схема формирования

сигнала (фирма Sereg - Schlumberger)

Удельная электрическая проводимость жидкостей должна быть минимальной, порядка нескольких мкСм/см, во-первых, чтобы внутреннее сопротивление генератора сигнала оставалось много меньшим входного сопротивления измерительной установки и, во-вторых, чтобы ограничить постоянную времени RC, где емкость

С определяется, главным образом, соединительными кабелями. Диапазон измеряемых расходов зависит от диаметра трубопровода; скорость течения обычно составляет от 1 до 10 м/с.

Достоинства электромагнитных расходомеров:

а) измерение не зависит от физических свойств жидкости (плотности, вязкости, удельной электрической проводимости — при условии, что она выше некоторой минимальной величины порядка нескольких мкСм/см);

б) измерение практически не зависит от распределения скорости в трубопроводе, что позволяет, в случае необходимости, размещать расходомер вблизи местных сопротивлений (колен, задвижек и т. п.);

в) в зоне измерений не происходит потери напора, так как сечение трубопровода ничем не загромождается;

г) отсутствие у расходомера подвижных изнашиваемых элементов;

д) коррозионная стойкость расходомера (например, в случае кислот), обеспечиваемая выбором соответствующего внутреннего покрытия (тефлон, эмаль, стекло) и материала электродов (титан, платина).

Недостатки выбранного расходомера:

а) высокая цена, сложность конструкции;

б) высокое энергопотребление и невозможность автономного питания;

в) невозможность измерения расхода непроводящих сред и конденсата.