Электромагнитные расходомеры

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции — законе Фарадея, согласно которому в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. Если использовать в качестве проводника поток электропроводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерить наведенную в жидкости ЭДС, то можно определить скорость по тока или объемный расход жидкости. Схема электромагнитного расходомера показана на рис.16.10.

Рис. 16.10. Схема электромагнитного расходомера

Между полюсами магнита N и S, перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, располагается от резок металлической немагнитной трубы 3, которая устанавливается между фланцами трубопровода с измеряемым потоком жидкости. Внутренняя поверхность трубы 3 покрыта электроизоляционным материалом (эмаль, стеклопластик, резина и др.). В плоскости, перпендикулярной магнитным силовым линиям, диаметрально противоположно установлены в стенке трубы два электрода 1 и 2. Электроды с помощью соединительных проводников подключены к измерительному прибору 4 (милливольтметру или потенциометру).

ЭДС, индуцируемая в постоянном магнитном поле:

где В — магнитная индукция; W—средняя скорость потока жидкости;

D —внутренний диаметр трубопровода; Q — объемный расход жидкости.

Из уравнения (16.12) следует, что при В = const измеряемая ЭДС линейно зависит от объемного расхода жидкости. Электромагнитные расходомеры могут быть использованы для жидкостей, имеющих электропроводность не менее 10⁵—10⁶ См/м (что несколько меньше электропроводности питьевой воды).

Основным и существенным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным магнитным полем является возникновение на электродах гальванической ЭДС и ЭДС поляризации, уменьшающих полезно индуцируемую ЭДС и приводящих к значительным погрешностям измерения. Паразитная ЭДС поляризации практически может быть устранена при использовании в качестве магнитов электромагнитов, питаемых переменным током. Однако использование переменного магнитного поля создает ряд эффектов, искажающих полезный сигнал.

К числу помех относится трансформаторная помеха, достигающая 20—30% полезного сигнала, возникающая из-за ЭДС, наводимой в цепи, образуемой жидкостью в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами. Источником наводимой ЭДС является первичная обмотка питания электромагнитов.

В промышленных условиях нашли применение главным образом электромагнитные расходомеры с переменным магнитным полем.

Электромагнитные расходомеры обладают рядом преимуществ. Прежде всего, при измерении объемного расхода жидкости нет необходимости в измерении плотности потока. Кроме того, на показания расходомеров не влияют взвешенные в жидкости частицы и пузырьки газа, а также параметры измеряемого потока жидкости (давление, температура, вязкость, плотность и т. п.), если они не изменяют ее электропроводности.

Электромагнитные расходомеры позволяют проводить измерение без потери давления, а также проводить измерения в стерильных объектах.

Электромагнитные расходомеры практически безынерционны и поэтому могут быть использованы при измерении быстро меняющихся потоков.

Выпускаемые в настоящее время электромагнитные расходомеры позволяют измерять расход в широком диапазоне 1—2500 м³/ч для трубопроводов с диаметром 10—1000 мм при линейной скорости движения 0,6—10 м/с. Классы точности расходомеров 1,0—2,5 (при ежедневной корректировке нуля прибора). Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов и жидкостей с электропроводимостью менее 10^-5 —10^-3 См/м, например, нефтепродуктов, спиртов и т. д.