3.1. Теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати

Принцип дії всіх магніто-індукційних витратомірів грунтується на явищі електромагнітної індукції Фарадея. Суть явища електромагнітної індукції і закону Фарадея полягає у виникненні на кінцях будь-якого провідника під час його переміщення у магнітному полі індукованої електрорушійної сили U_m, яка є пропорційною довжині L провідника, швидкості переміщення V, магнітній індукції B та синусу кута α між магнітною індукцією та напрямком швидкості:

(1)

На рис.1.а. зображено електромагніт, який збуджується змінним струмом І (напругою збудження U_збудж) і який на ділянці між полюсами створює рівномірне однорідне магнітне поле з індукцією В. Розміщення обмоток збудження електромагніту показано на рис.1.б та рис.2. В полі магніту розміщена немагнітна труба, по якій протікає вимірювана за витратою рідина з швидкістю V. В індукційних витратомірах рухомим провідником є електропровідна рідина, витрату якої вимірюють. Магнітна індукція В пронизує рідину вертикально відносно напрямку її потоку, і в рідині як у рухомому провіднику наводиться (індукується) електрорушійна сила U_m.

Значення цієї електрорушійної сили знімається з двох точкових електродів, що розміщуються на протилежних кінцях внутрішнього діаметру немагнітної труби і зсунуті по відношенню до обмоток збудження на 90^о (рис. 1.б та рис. 2).

Електроди контактують з вимірюваною за витратою рідиною, але ізольовані від труби, яка виготовляється, як правило, із нержавіючої сталі.

В загальному, індукована в рідині ЕРС матиме вигляд:

, (2)

де В – магнітна індукція, тл; V- швидкість потоку, м/с; d – довжина рідинного провідника, що відповідає довжині провідника L по залежності (1) і дорівнює діаметру трубопроводу, м.

Рис.2. Розміщення обмоток збудження електромагніту

Витрати рідини у трубопроводі дорівнюють добутку площі перетину трубопроводу на швидкість потоку V:

(3)

Таким чином, витрата рідини у трубопроводі, вимірювана за допомогою індукційного витратоміра, буде пропорційна ЕРС U_m. Сигнал первинного перетворювача індукційного витратоміра містить, крім корисної складової, що визначається формулою (1) і є мірою витрати, ще і трансформаторну ЕРС, що наводиться електромагнітним полем перетворювача в рухомому рідинному провіднику. Трансформаторна ЕРС зсунута за фазою відносно корисного сигналу на 90° і компенсується за допомогою ланцюга, що складається із спеціального подільника напруги.