Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 120
Текст из файла (страница 120)
д. с. Если позволяют условия применения преобразователя расхода, то трубу целесообразно изготовлять из изоляционного материала. При необходимости труба может быть изготовлена из немагнитного металла, например из немагнитной нержавеющей стали с большим удельным сопротивлением. В этом случае внутренняя поверхность металлической трубы изолируется от жидкости специальным изоляционным материалом. Электроды для съема выходной э. д. с. также должны быть электрически изолированы от металлической трубы.
При протекании электропроводной жидкости через преобразователь расхода направление наводимой э. д. с. Е можно определить по правилу правой руки. Если вектор скорости движения жидкости о,р перпендикулярен к направлению магнитного поля, то выходная э. д. с.
преобразователя расхода с электродами 2 и 3 (рис. 17-3-1), диаметрально расположенными на контуре поперечного сечения потока в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля, определяется выражением, аналогичным уравнению для прямолинейного проводника: Е=п, 0В, (17-3-1) где Š— выходная э. д. с., В; о,р — средняя скорость движения жидкости, м!с; г) — внутренний дйаметр трубы (расстояние между электродами), м;  — магнитная индукция, Т. Выражая в уравнении (17-3-1) скорость о черен объемный расзг~~ср ход ~, = . получаем: Е о (17-3-2) Это выражение показывает, что значение выходной э. д.
с. прямо пропорционально значению объемного расхода. Преимушеством преобразователей расхода с постоянным магнитным полем является то, что значительно облегчается борьба с помехами аг внешних переменных электромагнитных полей. К числу достоинств следует также отнести отсутствие необходимости в источнике питания преобразователя расхода, безопасность работы его и ряд других факторов. Следует также иметь в виду, что преобразователи расхода с постоянным магнитным полем обладают значительно большим быстродействием, чем преобразователи расхода с переменным магнитным полем.
У преобразователей последнего типа быстродействие ограничивается частотой поля. Основным недостатком первичных преобразователей расхода с постоянным магнптным полем является поляризация электродов. Явление поляризации характеризуется возникновением двойного слоя зарядов на границе электрод — жидкость. По мере накопления этих зарядов возникает э. д. с., направленная против основной измеряемой выходной э. д. с.
Е. Возникновение двойного электрического слоя, а следовательно, н противоэлектродвижущих сил приводит к нарушению градунровки прибора и делает невозможным его стабильную работу в течение даже короткого времени. Применение в преобразователях расхода неполяризующих электродов (платиновых, графитовых, каломельных и др.) уменьшаег эффект поляризации, но не устраняет его полностью. Другим недостатком преобразователя расхода с постоянным магнитным полем является трудность усиления напряжения постоянного тока, особенно при большом внутреннем сопротивлении преобразователя. Расходомеры с постоянным магнитным полем, как показала практика, являются больше объектами опытно-исследовательской работы, чем средствамн измерений промышленного типа.
Основным препятизш станем для внедрения этих расходомеров в широкую практику является трудность борьбы с влиянием электрохимических процессов. Первичные преобразователи расхода с постоянным магнитным полем, разработанные для измерения расхода расплавленного натрия и переменного во времени расхода жидкости, не получили широкого промышленного применения.
Принципиальная схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем показана на рис. 17-3-2. На схеме приняты следующие обозначения: ПЭПР— первичный электромагнитный преобразователь расхода с переменным магнитным полем, создаваемым электромагнитом 4; УП вЂ” промежуточный измерительный усилитель-преобразователь с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0 — 5 мА; 77„— сопротивление ввешней нагрузки (например, вторичный прибор, интегратор, входное устройство информационно-вычислительной машины и линия связи). Требования, предъявляемые к материалам для изготовления трубы 1 и электродов 2 и Л преобразователя расхода с переменным магнитным полем, аналогичны перечисленным при рассмотрении прибора, показанного на рис.
17-3-1. Длину трубы 7 выбирают в зависимости от ее диаметра с таким расчетом, чтобы обеспечить симметричность профиля скоростей потока относительно оси трубы преобразователя расхода. Трубу пребразователей расхода, выпускаемых серийно, изготовляют из нержавеющей стали Х 18Н10Т или Х18Н9Т, а электроды — из нержавеющей стали Х18Н9Т. Для изоляции внутренней поверхности трубы применяют полиуретановый каучук (до 40 С), резину (до 70"С), фторопласт и кислостойкую эмаль ,г)К-1 (до 150еС) и другие изоляционные материалы. При выполнении электромагнита преобразователя расхода важно обеспечить однородность магнитного поля в осевом и поперечном направлениях. Неоднородность поля приводит к тому, что в жидкости (неподвижной и движущейся) возникают местные циркуляционные токи, размер которых определяется напряженностью поля в данной точке и в жидкости появляются разностные напряжения, искажагошие измерения.
Кроме того, при переходе от ламинарного потока течения жидкости к турбулентному появляется некоторая разность напряжений, приводящая к нелинейной зависимости между выходным сигналом и измеряемым расходом. Для Рис. 17-3-3. Эквивалентвая схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем. Š— з. д.
с, преобрааоватсля расхода; и итС вЂ” соответственно внутреонис аитивнсе сопротввленис и емкость преобразователя расхода; Сп — сивость поляризации; уу— входное сопротивление усилителя-преобразователя; Сл— сивость линни связи." У вЂ” напряжение на вводе усилители преобразователя, промышленных электромагнитных расходомеров допускается неоднородность поля 1 — 5% в зависимости от класса точности прибора. Магнитная индукция для преобразователя расхода с переменным магнитным полем имеет значение ~маис з(п оу( (17-3-3) В этом случае выражение (17-3-1) принимает вид: Е = п,р1)В„зи, з(п го1 или с учетом уравнения (17-3-2) Е = — -'- В„,„, з(п оуй (17-3-4) (17-3-5) Следует отметить, что эффект поляризации электродов оказывает вредное воздействие на полезный сигнал преобразователя расхода и при переменном магнитном поле, но в значительно меньшей степени, чем при постоянном.
Поляризация приводит к образованию на поверхности электродов двойного слоя зарядов и нарастанию э. д. с. поляризации, что проявляется как некоторая емкость С„ со значением в несколько десятков мнкрофарад, включенная последовательно в цепь преобразователя расхода (рис.
17-3-3), Влияние поляризации электродов на точность измерения с возрастанием частоты поля уменьшается. Вредное влияние поляризации электродов на полезный сигнал уменьшается также с ростом значения входного сопротивления усилителя-преобразователя [591. Зависимость между напряжением на входе усилителя-преобразователя У н э. д.
с. Е, снимаемой с электродов преобразователя расхода, имеет вид: 0= (17-3-6) т18 Е, =- — к-„-= — квВ„„„соя в1, тр йтт (17-3-7) где к — коэффициент, имеющий постоянное значение, 1+— 2 ху где «,у — входное сопротивление усилителя-преобразователя; ߄— внутреннее сопротивление преобразователя расхода согласно формуле (обозначения соответствуют принятым на рис.
17-3-3) 1 г„= + —. — +)вС 1 (вС„' 1т и Для обеспечения надлежащей точности измерения, а вместе с тем сведения к минимуму влияния поляризации электродов увеличивают частоту поля и повышают входное сопротивление усилитечя-преобразователя Уу по сравнению со значением У„. Для достижения независимости показаний прибора от свонств и параметров кзмеряемой жидкости (ее химического свойства, вязкости, температуры, плотности и т. д.) необходимо, чтобы отношение У,тУ было минимальным. Если Яу >) 3„, влияние изменения внутреннего сопротивления преобразователя расхода У„ минимально.
Основным недостатком расходомеров с переменным магнитным полем является высокая чувствительность к помехам от переменных электромагнитных полей. Эти помехи можно разделить на следующие три группы: помехи от внешних электромагнитных полей; емкостные помехи от сети переменного тока, питающего электромагнит преобразователя расхода; индукционные помехи от электромагнита преобразователя расхода. Для защиты от внешних электромагнитных полей применяют экранирование основных элементов преобразователя расхода и некоторых узлов измерительного блока.
Для борьбы с емкостными помехами уменьшают индуктивность катушки электромагнита преобразователя расхода. Кроме того, применяют разделительный трансформатор для питания электромагнита преобразователей расхода. Рассяаотрим причины образования помехи от электромагнита преобразователя расхода, а также способы, применяемые для компенсацни ее. В заыкнутояи контуре «электрод — жидкость — электрод — вход измерительного усилителя — электрод», как в витке трансформатора, наводится переменным магнитным полем пресбразователя расхода помеха, называемая трансформаторной э.д.с., независимо от того, движется жидкость в трубе преобразователя расхода или находится в покое.
Значение трансформаторной э. д. с. равно: Таким образом, на входе усилителя-преобразователя будут действовать напряжение полезного сигнала (7 (17-3-6) и напряжение помехи Втр ('тр т 1+ и х (17-3-3) Из приведенных выражений видно, что напряжение помехи 0', сдвинуто на 90' относительно фазы сигнала (/.
Крометого, напряжение помехи пропорционально частоте магнитного поля 7 =- со!2я, в то время как полезный сигнал от частоты не зависит. Значение (),р можно уменьшить за счет уменьшения частоты для определенного предела и площади контура, образованного проводниками, соединяющими электроды с усилителем-преобразователем и находящимися в магнитном поле преобразователя расхода.
Питание электромагнитных расходомеров, выпускаемых серийно, осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Для компенсации трансформаторной э. д. с. выводы от одного из электродов монтируются симметрично расположенными проводами, замкнутыми на низкоомный регулирующий резистор Я (рис. 17-3-2). Сигнал, получаемый от преобразователя расхода, снимается с движка резистора Я и другого электрода.
При настройке расходомера (когда преобразователь расхода заполнен жидкостью и она неподвижна) изменением положения движка резистора )7 выбирается точка, потенциал которой равен потенциалу второго электрода. Выходной сигнал преобразователя расхода подается на вход измерительного усилителя-преобразователя по экранированному кабелю. Таллинский приборостроительный завод серийно выпускает электроьгагнитные (индукционные) расходомеры типа ИР, выполняемые по схеме рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
