Электромагнитные расходомеры

Промышленный электромагнитный расходомер

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 40-х годов XX века в промышленности применяются электромагнитные расходомеры. Неоспоримые достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие — определили их широкое распространение.

Принцип действия.

В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля.

Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнит­ного расходомера, предложенную ещё самим Фарадеем.

Электромагнитные расходомеры могут быть выпол­нены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми пере­менным током. Электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Труба в зоне измерения расходомера (длина участка 2..5 диаметров трубы) выполняется из непроводящего немагнитного материала. Чаще всего делается футеровка (вставка) из инертных пластиков (типа фторопласта, полиэтилена) в трубу из нержавеющей стали. Для уменьшения турбулентности потока в зоне измерения рекомендуется монтировать расходомер в прямолинейные участки без изменения сечения на протяжении 5..10 диаметров трубы до и после расходомера.

Метрологические характеристики

Погрешность данных приборов определяется в ос­новном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Однако элект­рохимические процессы на электродах, различные помехи и навод­ки, неоднородность потока жидкости не позволяют пока по­лучить той потенциально высокой точности измерений расхода, которая вытекает из принципа действия данного типа расходомеров. Так, изго­товляемые в СССР электромагнитные расходомеры, несмотря на инди­видуальную градуировку, (на высокоточных расходомерных стендах) и весьма совершенные средства измерения имеют класс точности 1,0— 2,5 %.^{[источник не указан 479 дней]}

Существенным и основным недостатком электромагнитных расхо­домеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их примене­ние для измерения слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление пре­образователя, а следовательно, появляются существенные дополнитель­ные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из спе­циальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные по­крытия для электродов (платиновые, танталовые). Такие расходомеры зачастую требуют каждо­дневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т.п.).

В расходомерах с переменным магнитным полем явление поляриза­ции электродов отсутствует, однако появляются другие эффекты, также искажающие полезный сигнал:

• трансформаторный эффект, когда на витке, образуе­мом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соедини­тельными проводами и вторичными приборами наводится трансформа­торная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита или внешние синхронные наводки (например, от соседних расходомеров). Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током.
• ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитно­го поля и электродами и паразитной емкости между ними (соединитель­ные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тща­тельная экранировка.

Достоинства и недостатки метода

Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавли­ваются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля. Благодаря этому гидравлические потери на приборе минималь­ны. Кроме того, преобразователь расходомера и технологический трубо­провод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Поэтому эти рас­ходомеры используют в биохимической и пищевой промышленности, где доминирующими являются требования к стерильности среды. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта.

На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.

Конструкция первичных преобразователей позволяет применять но­вейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, что даёт возможность измерять расход агрессивных и абразивных сред. В специальных расходомерах с переменным магнитным полем электроды также могут быть изолированы от жидкости, образуя конденсатор в измерительной цепи.

Метод чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности распределения скорос­тей потока в сечении канала.

Метод чувствителен к паразитным токам заземления протекающим по трубе. Поэтому при риске возникновения таких токов участки перед и после расходомера делаются из металлической трубы с тщательным электрическим соединением участков для минимизации паразитных токов через воду в районе расходомера.

Расходомеры (особенно с постоянными магнитами) могут забивать сечение трубы металлическим мусором удерживаемым магнитной системой расходомера. Для борьбы с этим явлением расходомеры с электромагнитами периодически отключаются на короткое время чтобы поток воды унес мусор.

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распро­странение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относитель­ную конструктивную сложность.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3 • 10⁻⁹ м³/с) расходов (например, для измерения расхода кро­ви по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м³/с). Причём диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 500:1.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхо­да газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10⁻³ – 10⁻⁵ сим/м (10⁻⁵ – 10⁻⁷ Ом⁻¹•см⁻¹), например, лёгких нефтепродуктов, спиртов и т. п. Применение разрабатываемых в настоящее время специ­альных автокомпенсирующих устройств позволит существенно снизить требования к электропроводности измеряемых сред и создать электро­магнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе и нефтепродуктов.^{[источник не указан 479 дней]}

Применение

Наибольшее применение расходомеры нашли в учёте водных и энергетических ресурсов (в частности в отопительных системах).

Электромагнитные расходомеры широко применяют в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строи­тельстве и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Расходомеры незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где запаздывание играет существенную роль, или при измерении быстро ме­няющихся расходов.

Источники

• http://kipinfo.ru/info/stati/?id=94, Материалы статьи разрешается использовать в соответствии с лицензией GNU FDL

См. также

• Метрология
• Расходомеры