Прайс лист
Статьи
Ультразвуковые счетчики газа Счетчик газа Курс-01
Сигнализаторы уровня: основные типы и рекомендации по выбору датчиков.
Видеографический регистратор «Экограф-Т»
Ротационные счетчики газа DKZ
Микроволновые радарные уровнемеры
Ультразвуковые расходомеры
Буйковый метод измерения уровня в промышленном производстве.
Гидростатический метод измерения уровня в промышленном производстве.
Емкостной метод измерения уровня в промышленном производстве.
Поплавковый метод изменения уровня.
Методы измерения уровня в промышленном производстве
Расходомеры и счетчики количества жидкости
Измерительные комплексы и корректоры объема газа.
Какими принципами следует пользоваться при выборе счетчиков газа?
Котлы водогрейные
Диск 250-М одноканальный регистратор
Электромагнитные счетчики и расходомеры
Типы расходомеров-счетчиков газа

Электромагнитные счетчики и расходомеры

Электромагнитные счетчики и расходомеры

электромагнитные счетчики и расходомеры электромагнитные счетчики и расходомеры электромагнитные счетчики и расходомеры

Рис.1  Внешний вид электромагнитных расходомеров

Электромагнитные расходомеры (ЭМР) в настоящее время являются широко распространенными приборами, используемыми для коммерческого и технологического  учета. ЭМР обладают целым рядом достоинств обуславливающих их популярность. Это - отсутствие механических подвижных элементов в конструкции, незначительное сопротивление потоку и, следовательно, очень малые потери давления на измерительном участке, возможность применения для вязких жидкостей, высокая точность измерения, широкий диапазон (до 1:1000), относительно недорогая цена. Все это определило широкое использование ЭМР в таких отраслях как коммунальное хозяйство, теплоэнергетика, химическая, целлюлозо-бумажная, пищевая промышленность. С помощью ЭМР с успехом измеряют расход воды, солевых растворов, кислот, щелочей, пульп, молока, пива, разного рода пищевых продуктов.

Электромагнитные преобразователи расхода нашли широкое применение при учете тепловой энергии для измерения объема теплофикационной воды. ЭМР сертифицированы к применению в составе большинства отечественных теплосчетчиков. На базе электромагнитных преобразователей работают  такие популярные теплосчетчики как ТС-01, ТСК, SA94, КМ-5.

В силу принципа своей работы ЭМР не могут использоваться для сред, электропроводность которых ниже 5…10 мкСм/см. В ряде отдельных случаев и при использовании специальных версий ЭМР нижний предел проводимости может быть расширен до 0,05 мкСм/см. Таким образом, промышленные серийные ЭМР не могут быть использованы для измерения расхода таких сред как бензин, дизтопливо, нефть, органические растворители.

Принцип действия электромагнитных расходомеров состоит в наведении ЭДС электромагнитной индукции в потоке проводящей жидкости при движении через магнитное поле в соответствии с законом Фарадея. Источником магнитного поля служит магнитная система расходомера, состоящая из электромагнитов – индукторов и магнитопровода.  Съем ЭДС производится с помощью, как правило, пары электродов, выведенных диаметрально противоположно в проточной части измерительного участка.  Внутренняя поверхность измерительного участка покрывается изоляционным материалом, таким как фторопласт, резина, керамика, эмаль.

Разность потенциалов на электродах расходомера определяется формулами:

U=ЕD=BVD=4ВQ/πD (1)

Где Е- напряженность электрического поля в жидкости, В – магнитная индукция создаваемая магнитной системой, V – средняя скорость потока, D – расстояние между электродами, равное внутреннему диаметру трубопровода, Q – объемный расход.

Формула (1) демонстрирует прямо пропорциональную линейную зависимость между сигналом напряжения на электродах и объемным расходом.

Вклад различных точек поперечного сечения потока в разность потенциалов фикcируемую на электродах различен, он описывается весовой функцией W (рис.2). Напряжение на электродах может быть выражено через весовую функцию:  U   = ò( WxB) х V dx dy dz    (2)    

 x, y, z

Изолинии весовой функции в плоскости сечения проходящего через электроды

Рис.2 Изолинии весовой функции в плоскости сечения проходящего через электроды (2)

Магнитная система ЭМР состоит из электромагнитов – индукторов и магнитопровода.  Расположение индукторов и геометрические параметры магнитной системы могут быть различными и зависят от типа создаваемого поля и диаметра (Ду) ЭМР. Существуют два основных подхода к созданию магнитной системы. Один нацелен на создание максимально однородного магнитного поля, другой на создание поля компенсирующего неоднородность весовой функции (рис.1)

В настоящее время производятся преимущественно расходомеры с индукторами, создающими магнитное поле обратно пропорциональное весовой функции и удовлетворяющее условию В*W=const. Такой тип магнитной системы делает прибор менее чувствительным к искажениям профиля потока, позволяет уменьшить длину измерительного участка расходомера, соответственно уменьшить материалоемкость прибора, а также снизить требования к прямым участкам до и после расходомера.

Такой тип магнитной системы делает прибор менее чувствительным к искажениям профиля потока, позволяет уменьшить длину измерительного участка расходомера, соответственно уменьшить материалоемкость прибора, а также снизить требования к прямым участкам до и после расходомера.

Рис.3

Существует ряд вариантов питания индукторов магнитной системы.

Питание постоянным током в настоящее время не применяется вследствие сильной поляризации электродов, возникающей при таком способе.

Питание переменным током (АС технология) практически исключает поляризацию, но создает ряд других проблем, в частности проблему устранения влияния мощной трансформаторной ЭДС на сигнальные цепи. В АС технологии для возбуждения индукторов используется переменный ток с частотами, как правило, 50-70 Гц. Вместе с тем, более мощное магнитное поле при условии устранения трудностей АС технологии порождает более сильный отчетливый сигнал, а более высокие частоты позволяют исключить влияние низкочастотных помех и фиксировать быстрые пульсации расхода. ЭМР работающие на АС технологии в настоящее время имеют ограниченное применение, как правило, при измерении сильнозагрязненных жидкостей, жидкостей с большим содержанием механических частиц, пульп, а также при измерении быстропеременных пульсирующих и медленных потоков. Неизбежным недостатком расходомеров с АС возбуждением магнитной системы является большая масса, большая потребляемая мощность, необходимость периодической корректировки нуля.

Возбуждение индукторов переменнополярными импульсами постоянного тока (DC pulsed) частотой 3-8 Гц – вариант питания магнитной системы реализуемый в подавляющем большинстве современных ЭМР. Этот способ оказался весьма удачным. Измерение разности потенциалов на электродах происходит в определенные интервалы (рис.3а) времени, когда магнитное поле постоянно и магнитный поток через контур сигнальной цепи не меняется. Таким образом, устраняется влияние трансформаторной ЭДС на сигнал. Измерение разности потенциалов на электродах производится также и в периоды, когда ток в индукторах отсутствует и индукция магнитного поля равна нулю. Это позволяет осуществлять автоматическую корректировку нуля.

Производители ЭМР работают над усовершенствованием АС и DC pulsed технологий. АС технологию в области сложных промышленных применений развивает концерн АВВ. Для DC pulsed предложен и используется ряд усовершенствований. Так, в ЭМР фирмы Yokogawa основной меандр DC pulsed модулируется более высокой частотой. Есть ЭМР с двухчастотным переключаемым возбуждением (Rosemount).

Так как значения разности потенциалов возникающей в жидкости под действием магнитного поля весьма малы – на уровне микро и мили Вольт, то основной технической проблемой решаемой при разработке и конструировании ЭМР является обработка и выделение полезного сигнала ЭДС снимаемого на электродах. Обработка сигнала происходит в вычислительном блоке ЭМР, который включает в себя усилитель и ряд компенсационных схем, а также устройства формирования стандартных выходных сигналов. В тех случаях, когда  вычислительный блок невозможно разместить в одном блоке с первичным преобразователем расхода (ППР) по причине высокой температуры рабочей среды или негативных воздействий окружающей среды, он соединяется с ППР специальным кабелем особым образом экранированным, и имеющим ограничения по длине соединительной линии.

Электроды ЭМР в большинстве стандартных  применений изготавливаются из нержавеющей стали. Для химически агрессивных сред – из хастелоя, тантала, титана, платины. Контактные электроды в ряде случаев нуждаются в периодической чистке. Для этого применяют различные устройства и приспособления. Некоторые электромагнитные расходомеры, особенно больших диаметров, имеют конструкцию предусматривающую извлечение электродов для механической чистки без демонтажа преобразователя с помощью специального устройства, в других моделях для чистки предусмотрено подсоединение генератора ультразвуковых колебаний или источника высокого напряжения для «выжигания» электродов. Чтобы избежать отложения на электродах осадков считается предпочтительной установка ЭМР на вертикальном восходящем трубопроводе. Такое расположение особенно желательно при наличии взвешенных и растворенных выпадающих в осадок частиц и при малых скоростях потока.

Особый тип электродов – бесконтактные - реализуется в электромагнитных расходомерах с емкостным съемом сигнала. Бесконтактные (емкостные) электроды представляют собой пластины, охватывающие снаружи изоляционное покрытие проточной части расходомера. Разделенные под действием магнитного поля заряды в жидкости индуцируют появление заряда на конденсаторе, образуемом электродами. Электроды и сигнальные подводящие провода тщательно многослойно экранируются, чтобы предотвратить действие различных сторонних полей. Данный тип ЭМР позволяет измерять расход жидкостей с проводимостью до 0,05 мкСм/см. Целесообразно также его применение для сред способных к налипанию и образованию осадков на стенках трубопровода. Емкостные пластинчатые электроды комбинируются с керамической футеровкой проточной части. Такие расходомеры, в частности, выпускаются фирмой Krohne.

Важный элемент конструкции электромагнитных расходомеров – футеровка – изоляционное покрытие внутренней проточной части расходомера. Наиболее универсальный и распространенный материал футеровки – фторопласты (PTFE, PFA). Фторопластовая футеровка устойчива к агрессивным кислым и щелочным средам, выдерживает температуру до 180 градусов. Фторопластовую футеровку часто армируют сеткой из нержавеющей стали, повышая, таким образом, ее прочность и механическую устойчивость. Для абразивных сред с невысокой температурой – до 60 градусов применяют футеровку из полиуретана. Керамическая футеровка устойчива к абразии и химически агрессивным средам, прочна – выдерживает высокое давление – до 40 бар и высокую температуру, но может быть уязвима к резким температурным перепадам. Расходомеры с керамической футеровкой изготавливаются на Ду от 25 до 100 мм.

Электромагнитные расходомеры в стандартной компоновке – с измерительным участком (фланцевым или «сэндвич») изготавливают как правило на Ду150..300 мм., расходомеры зарубежного производства в данном конструктиве имеют ряд Ду – до 2000, 3000 мм. На трубопроводы диаметром свыше 150 и до 4000, 5000 мм. возможно применение датчиков расхода погружного типа, таких как ЭРИС или РМ-5-Б. В расходомерах погружного типа магнитная система располагается не снаружи трубы, а внутри герметичного корпуса, кот вводится в поток, а на поверхность капсулы выводятся электроды для съема ЭДС. Некоторые фирмы, например Burkert  производит электромагнитные расходомеры погружного  типа также и на маленькие (для установки в комплектно поставляемые фитинги) и средние диаметры 15..400 мм.  Электромагнитные расходомеры погружного типа обладают более низкими метрологическими характеристиками,  допустимая  относительная погрешность  составляет порядка 1,5…3 %, что связано с особенностями конструкции.

Следует отметить, что крупные иностранные производители, такие как Siemens (Magflo), Yokogawa (ADMAG), ABB (FSM), Krohne (Optiflux, Capaflux) предлагают широкий диверсифицированный ряд моделей и исполнений расходомеров для разных условий применения, используя спектр различных материалов, конструктивов и способов обработки сигнала. Погрешность измерения у расходомеров зарубежного производства составляет порядка 0,5..0,15%. Отечественные производители, как правило, выпускают несколько типов рассчитанных на массовое применение, имеющих погрешность в основном диапазоне порядка 1%. Примерами отечественных электромагнитных расходомеров получившими широкое распространение являются: ПРЭМ, ЭРСВ, РМ-5, РСЦ, Эмир-Прамер, ИПРЭ.

 

Литература:

  • Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества, ч.2, Политехника, СПб, 2004
  • Friedrich Hofmann  «Fundamental principles of Electromagnetic Flow Measurement», KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG Duisburg, 2003
Rambler's Top100