Датчики расхода электромагнитные реферат

Обновлено: 08.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Индукционные расходомеры

Индукционный(э лектромагнитный ) расходомер – это прибор для измерения расхода различных жидкостей. Он способен работать с агрессивными и неоднородными средами. Главное, чтобы измеряемая жидкость проводила ток, поэтому такого типа датчики не могут вести учет углеводородов, дистиллированной воды и многих неводных растворов.

Принцип действия таких датчиков расхода основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.

В настоящее время электромагнитные расходомеры являются самыми распространенными приборами для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм.

Электромагнитные датчики расхода в зависимости от способа создания магнитного поля могут быть двух типов:

с постоянным магнитным полем (создается постоянными магнитами);
переменным магнитным полем (создается электромагнитом).

Расходомеры обоих типов имеют как преимущества, так и недостатки.

Принципиальная схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем показана на рис.1. Рабочий участок трубы преобразователя, изготовленный из немагнитного материала и покрытый изнутри электрической изоляцией (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.), расположен между полюсами магнита. Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. При этом силовые линии магнитного поля, создаваемые постоянными магнитами, будут направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов. Под действием магнитного поля ионы, находящиеся в жидкости, перемещаются и отдают свои заряды измерительным электродам, создавая в них ЭДС, пропорциональную скорости течения жидкости. Сигнал, снимаемый с электродов, поступает в измерительный прибор.

В соответствии с законом электромагнитной индукции (при постоянном магнитном поле) между электродами будет наводиться ЭДС (Е)

Е = Bdv

где В - индукция магнитного поля; d - внутренний диаметр трубопровода; и - средняя скорость жидкости.

Рис.1. Принципиальная схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем

Применение постоянных магнитов в датчиках расхода позволяет облегчить борьбу с помехами от внешних электромагнитных полей, увеличить быстродействие прибора. Основным недостатком расходомеров с постоянным магнитным полем является поляризация электродов, т.е. концентрация у положительного электрода отрицательных ионов, а у отрицательного положительных. Вследствие этого на поверхности электродов создаются потенциалы, образующие ЭДС поляризации, направленную против основной измеряемой ЭДС, что изменяет градуировочную характеристику прибора и делает невозможной его стабильную работу. Поэтому электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем не применяются для жидкостей с ионной проводимостью.

Широкое распространение такие расходомеры получили для измерения расхода расплавленных металлов, в которых отсутствует явление поляризации, а также для измерения расхода пульсирующих потоков.

Для измерения расхода сред с ионной проводимостью применяются расходомеры с переменным магнитным полем, создаваемым электромагнитом.

При использовании переменного магнитного поля на результат измерения расхода оказывают влияние следующие факторы :

паразитные наводки от внешних цепей;
наводки от переменного тока, запитывающего электромагнит;
возникновение трансформаторной ЭДС от магнитного поля преобразователя.

Первые два фактора можно устранить путем экранирования датчика.

Для устранения трансформаторной ЭДС могут применяться различные методы. Так, для ослабления влияния трансформаторной ЭДС может применяться схема, представленная на рис.2. В этой схеме от одного из электродов отходят два провода, симметрично охватывающих трубопровод с обеих сторон и замыкающихся на переменный резистор R. Измерительный прибор подключается к движку этого резистора и второму электроду. При нулевом расходе перемещением движка переменного резистора добиваются минимального сигнала на входе измерительного прибора.

Рис.2. Принципиальная схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем

Другим вариантом устранения трансформаторной ЭДС в расходомерах с переменным магнитным полем является использование двух индукционных преобразователей, один из которых предназначен для измерения полезного сигнала, а второй для компенсации трансформаторной ЭДС.

Преимущества электромагнитных расходомеров :

безынерционность (данное качество является очень важным при измерении быстроменяющихся расходов);
показания прибора не зависят от вязкости и плотности измеряемой среды, а также от характера потока (ламинарный или турбулентный);
динамический диапазон таких расходомеров достигает 100 и более;
электромагнитные расходомеры не создают потери давления, поскольку в их конструкции отсутствуют части, выступающие внутрь трубопровода;
электромагнитные расходомеры могут применяться для измерения расхода в трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм;
электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно (например, измерение расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов).

Недостатки электромагнитных расходомеров:

применимы только для электропроводных жидкостей:
низкий уровень сигнала на выходе индукционного преобразователя (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех.

Большинство современных электромагнитных датчиков расхода имеют внешнее магнитное поле. Они выпускаются на диаметры условного прохода 2,5; 5; 10; 15; 25; 32; 40; 50; 80; 100; 150; 200; 300 мм для жидкостей с температурой от -40 до 180 °С и давлением до 4 МПа. Расходомеры работают в диапазоне скоростей потока от 0,1 до 10 м/с, некоторые из расходомеров являются двунаправленными, т.е. могут измерять расход реверсных потоков. Предел основной относительной погрешности электромагнитных расходомеров лежит в диапазоне 0,5-1 %.

Контрольные вопросы:

1. Принцип действия индукционных расходомеров?

2. Типы э лектромагнитны х датчики расхода в зависимости от способа создания магнитного поля ?

Конструктивно теплосчётчик ТЭМ-104 представляет собой измерительно-вычислительный блок (ИВБ) и подключаемые к нему измерительные преобразователи:

 Расхода теплоносителя (первичный преобразователь расхода — ППР, измерительный преобразователь расхода с нормированным частотным или импульсным выходным сигналом — ИП);
 Температуры теплоносителя (термопреобразователь сопротивления — ТС);
 Избыточного давления в трубопроводе (датчик избыточного давления — ДИД).

Теплосчетчик ТЭМ-104 выпускается в четырех типовых исполнениях с различным количеством измерительных каналов:

 Gинд – индукционные каналы измерения расхода;
 Gчаст – частотно-импульсные каналы измерения расхода;
 Т – каналы измерения температуры;
 Р – каналы измерения давления.

Теплосчетчик имеет стандартные последовательные интерфейсы RS-232С и гальваноразвязанный RS-485, через которые производится обмен данными с прибором.

Теплосчетчик имеет стандартный LPT-порт для подключения EPSON совместимых принтеров.

Теплосчетчик ТЭМ-104 обеспечивает для каждой системы:

Измерение и индикацию:

 текущих значений объемного Gv [м3/ч] и массового Gм [т/ч] расходов теплоносителя в трубопроводах, на которых установлены ИП (с частотным выходным сигналом) или ППР;
 текущих температур t [°С] теплоносителя в трубопроводах, на которых установлены ТС;
 текущего давления в трубопроводах P [МПа], на которых установлены ДИД.

Вычисление и индикацию:

 текущей разности температур dt [°С] между подающим и обратным трубопроводами;

 вычисление, индикацию и накопление с нарастающим итогом:

 потребленного (отпущенного) количества теплоты (тепловой энергии) Q в [Гкал], [МВтч];
 массы М [т] и объема V [м3] теплоносителя, протекшего по трубопроводам, на которых установлены ППР или ИП;
 Тр – времени работы прибора при поданном питании в [ч:мин];
 Tнараб – времени работы прибора без остановки счета с нарастающим итогом [ч:мин];
 Тош – времени работы прибора при наличии технической неисправности (ТН) в [ч:мин];
 Т:dt, Т:G , Т:G – времени работы отдельно по каждой нештатной ситуации (НС) в [ч:мин];
 архива данных.

 потребленного (отпущенного) количества теплоты (тепловой энергии) за каждый час Q [Гкал], [МВтч];
 массы М [т] и V объема [м3] теплоносителя, протекшего за каждый час по трубопроводам, на которых установлены ППР или ИП;
 среднечасовых и среднесуточных значений температур t [°С] теплоносителя в трубопроводах;
 среднечасовой и среднесуточной разности температур dt [°С] между подающим и обратным трубопроводами;
 часовых и суточных измеряемых (или программируемых) среднеарифметических значений давления в трубопроводах P [МПа];
 времени работы при поданном напряжении питания T [ч:мин];
 времени работы в штатном режиме Tнараб [ч:мин] (время наработки);
 времени работы Тош прибора при наличии технической неисправности (ТН) в [ч:мин];
 кодов возникающих НС и (или) ТН;
 времени работы (Т:dt, Т:G, Т:G-) по каждой нештатной ситуации (НС) [ч:мин].

Глубина архива регистрируемых параметров ТЭМ-104:

 часовых данных – 1536 (64 суток);
 суточных данных – 384 (12 месяцев);
 месячных записей – 120 (10 лет).

Вычислитель теплосчетчика ТЭМ-104 выдает информацию из архива данных по запросам от внешних устройств (компьютер, контроллер АСУ и т.д.) Возможен просмотр архива данных на ЖКИ теплосчетчика и вывод его на печать.

В случае возникновения ТН счет с накоплением останавливается.

G– программно устанавливаемый порог, выше которого будет регистрироваться НС в работе теплосчетчика (G>G- – расход больше порога);

G– программно устанавливаемый порог, ниже которого будет регистрироваться НС в работе теплосчетчика (G – расход меньше порога);
dt – программно устанавливаемый порог, ниже которого будет регистрироваться НС в работе теплосчетчика (dt

Технологии и технологи
Инженерные сети и оборудование
Промышленность
Промышленный маркетинг и менеджмент
Технологические машины и оборудование
Автоматизация технологических процессов
Машиностроение
Нефтегазовое дело
Процессы и аппараты
Управление качеством
Автоматика и управление
Металлургия
Приборостроение и оптотехника
Стандартизация
Холодильная техника
Архитектура
Строительство
Метрология
Производство
Производственный маркетинг и менеджмент
Текстильная промышленность
Энергетическое машиностроение
Авиационная техника
Ракетно-космическая техника
Морская техника

Все документы на сайте представлены в ознакомительных и учебных целях.
Вы можете цитировать материалы с сайта с указанием ссылки на источник.

Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 40-х годов 20-го века в промышленности применяются электромагнитные расходомеры. Неоспоримые достоинства электромагнитных расходомеров: отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие – определили их широкое распространение.

Работа содержит 1 файл

Электромагнитные расходомеры.doc

Электромагнитные расходомеры

Принцип действия.

В проводнике, пересекающем силовые линии 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.

Таким образом, электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными, так и с электромагнитными, питаемыми переменным током частотой. Эти электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Метрологические характеристики

Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Однако электрохимические процессы в потоке жидкости, различные помехи и наводки, непостоянство напряжения питания и другие, 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 Е имеют класс точности 1,0— 2,5 %.

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).

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. 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 измерений 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.

Современные расходомеры имеют высокую стабильность показаний.

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

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную конструктивную сложность и необходимость тщательного каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т.п.).

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.

Применение

Наибольшее применение расходомеры нашли в учете 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.

Электромагнитный теплосчетчик ТЭМ-104

Теплосчетчик ТЭМ-104, предназначен для измерения и регистрации с целью коммерческого и технологического учета значений потребленного (отпущенного) количества теплоты (тепловой энергии), теплоносителя и других параметров систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также для организации информационных сетей сбора данных.
Области применения ТЭМ-104: предприятия тепловых сетей, тепловые пункты жилых, общественных и производственных зданий, центральные тепловые пункты, тепловые сети объектов бытового назначения, источники теплоты.

Основные преимущества теплосчетчика ТЭМ-104:

 Расхода теплоносителя (первичный преобразователь расхода - ППР, измерительный преобразователь расхода с нормированным частотным или импульсным выходным сигналом - ИП);

 Температуры теплоносителя (термопреобразователь сопротивления - ТС);

 Избыточного давления в трубопроводе (датчик избыточного давления - ДИД).

Электромагнитные (индукционные) расходомеры предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже 5-10 См/м, протекающих в закрытых полностью заполненных трубопроводах. Широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности/

Электромагнитные расходомеры выполняются в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода и измерительного блока — передающего преобразователя, в котором осуществляется приведение сигнала, полученного от измерительного преобразователя, к стандартизованному виду, удобному для дальнейшего использования.

Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходомера (рис. VIII-.15) состоит из немагнитного" участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и ярма электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу 3 через однородное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, в жидкости, которую можно

представить как движущийся проводник, возникает электродвижущая сила, снимаемая электродами 4. Эта ЭДС Е прямо пропорциональна средней скорости потока:
E=Blv_cp, (VIII. 27)

где В — электромагнитная индукция в зазоре между полюсами магнита, Т; I — расстояние между электродами, м; р_ср— средняя скорость потока, м/с.

Поскольку площадь сечения трубы постоянна, ЭДС, снимаемая
с электродов, может быть выражена через объемный расход жид
кости:
E^BQоlDy, (VIII.28)

где D_у — внутренний (условный) диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м.

Далее сигнал, пропорциональный расходу, подается на измерительный блок (на рис. VIII.15 не показан), где он приводится к стандартизованному виду, и затем передается к прибору или другому измерительному устройству.

Индукционные расходомеры рассчитаны на условные проходы от 10 до 300 мм и обеспечивают измерение в пределах от 0,32 до 2500 м 3 /ч. Класс точности 1.

6. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ

Эти расходомеры применяются для измерения расхода загрязненных жидкостей, известкового молока, диффузионного сока, сусла-самотека и т. п. Принцип действия приборов основан на зависимости уровня жидкости в сосуде от расхода при свободном истечении ее через калиброванное отверстие (щель) в дне или боковой

•стенке. Профиль и диаметр отверстия рассчитываются таким образом, чтобы указанная зависимость была линейной.

Уравнение расхода через отверстие в дне или стенке сосуда в

•общем виде выражается следующей зависимостью:

Используя уравнение (VIII.29), можно вывести зависимость между Q и Н для отверстия любой формы. Для получения равномерной шкалы прибора эта зависимость должна быть линейной:

где К — коэффициент пропорциональности.

К = Qmах/Hmах- (VIII.31) ,

Щелевой расходомер с калиброванным незатопленным отверстием (щелью) в стенке корпуса (рис. VIII. 16) представляет собой емкость — корпус /, разделенный перегородкой 4 с профилированной щелью. В левой части корпуса, куда подается измеряемая жидкость через подводящий патрубок, производится измерение ее уровня с помощью пьезометрической уровнемерной трубки 2 и измерительного прибора — дифманометра 3

Для измерения уровня жидкости могут применяться и другие типы уровнемеров.

Жидкость, поступающая в левый отсек корпуса, заполняет его, переливается через профилированную щель и через слив уходит в-приемник и далее — по назначению.

Другой тип расходомера с отверстием в дне сосуда (рис. VIII.17) состоит из приемника — сосуда переменного уровня 1, корпуса 2, выходного отверстия с калиброванной диафрагмой или соплом 3. Высота столба жидкости над калиброванным отверстием 3 измеряется с помощью уровнемера-дифманометра 4.

Щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали себя при измерении сильно загрязненных и быстро кристаллизующихся жидкостей и растворов. Диапазон измерения 0,1—50 м 3 /ч; основная погрешность устройства в комплекте со в'торичным прибором ±3,5%. Приборы входят в систему ГСП.

7. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов (опары, теста, фруктовых начинок , паст и т. п.). Принцип действия их основан на использовании • зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам:

калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур;

теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон

термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.

Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, какими являются опара и тесто, а также многие другие пищевые продукты, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.

Чувствительными элементами термоанемометрического тепло-sore расходомера опары и теста (рис. VIII.18). являются резисторы R1 и R2, помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы R3 н R4 служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения Uпит. Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель ЭУ, где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя РД, который, производя перестановку .движка компенсирующего переменного резистора R_r, изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра (на схеме не показан) или положение движка R_p.

С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена точность измерения расхода вязких продуктов ±2 —2,5%.

Читайте также: