Электромагнитные расходомеры

Электромагнитные расходомеры относятся к классу индукционных преобразователей и применяются для измерения в трубопроводах объемного расхода электропроводных жидкостей, а также растворов с мелкодисперсионными неферромагнитными частицами, удельная проводимость которых составляет от 0,001 до 10 См/м. Принцип действия индукционных расходомеров основан на явлении электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, наводится ЭДС, пропорциональная индукции этого поля, длине проводника и скорости движения проводника.

Пусть в трубопроводе движется электропроводная жидкость со скоростью v, а на трубопровод действует магнитное поле с индукцией В (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Принцип действия электромагнитного расходомера: l – расстояние между электродами; v – скорость жидкости; В – индукция магнитного поля

ЭДС, пропорциональная скорости движения электропроводной жидкости, является полезным сигналом датчика и определяется по формуле:

.

Индуктор может быть запитан от источника постоянного, синусоидального, или импульсного тока. При питании от источника синусоидального тока:

, , (4.5)

где s – эффективная площадь воздушного зазора; Ф – магнитный поток.

В расходомерах с постоянным магнитным полем возникает явление поляризации, которое связано с возникновением двойного слоя зарядов на границе электрод–жидкость. По мере накоплений этих зарядов возникает ЭДС, направленная встречно. Применение таких неполяризующихся электродов, как графит, платина уменьшает эту поляризацию, но не устраняет ее полностью.

Значительно уменьшить явление поляризации позволяет использование переменного магнитного поля. Однако расходомеры с переменным магнитным полем чувствительны к помехам от переменных магнитных полей, которыми являются:

1) помехи от внешних электромагнитных полей;

2) емкостные помехи от сети переменного тока, питающего датчик;

3) квадратурная помеха от датчика (трансформаторная ЭДС) – электрический сигнал индуктивной неподвижной катушки:

, (4.6)

где Ф – магнитный поток; k_тр– коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными данными, эффективной площадью контура, образованного внутренним сопротивлением R_вн среды относительно точек расположения электродов, соединительными проводами и R_вх измерительного преобразователя; ω– круговая частота питания индуктора.

Выходной сигнал (U_вых на рис. 4.16) состоит в общем случае из четырех составляющих:

полезной составляющей E_пол, величина которой зависит от скорости измеряемого потока;

помехи E_тр, не зависящей от скорости измеряемого потока, и сдвинутой на 90˚относительно полезного сигнала (заметим, что наличие потерь в индукторе ведет к недосдвигу напряжения до 90˚);

поляризационной ЭДС E_поляр;

емкостной помехи U_N сетевой частоты.

. (4.7)

Объемный расход Q жидкости и ЭДС E_пол на выходе датчика определяются по формулам:

; ,

где Q – объемный расход, м³/ч; B – магнитная индукция, Тл; l – диаметр трубы, мм; S – сечение трубы, мм²; v – скорость потока, м/ч.