Тахометрические расходомеры -крыльчатые и турбинные расходомеры Электромагнитные расходомеры

Электромагнитные расходомеры. Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, в соответствий с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10^-3См/м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры, позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10^-5 См/м. В настоящее время электромагнитные расходомеры это самые распространенные приборы для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм. Что объясняется их следующими положительными чертами:
• динамический диапазон достигает 100 и более;
• показания не зависят от вязкости и плотности среды;
• преобразователи расхода являются безынерционными;
• они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, образом, не создают потери давления;
• влияние местных сопротивлений значительно меньше , у других расходомеров, поэтому требуемая длина прямых участков для них минимальная;
• электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм;
• электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивныхных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов
К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводность измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходмеров. Другой недостаток расходомеров — низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной зашиты преобразователя и линий связи от внешних помех.
Принципиальная схема первичного преобразователя электромагнитного расходомера показана на рис. 13.6, а. Рабочий участок трубы преобразователя 1, изготовленный из немагнитного материала и покрытый изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.), расположен между полюсами электромагнита. Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов.
В соответствии с законом электромагнитной индукции при осе-симметричном профиле скоростей в жидкости между электродами будет наводиться ЭДС
Е = ВDu
где В — индукция магнитного поля;
и — средняя скорость жидкости;
D — длина жидкостного проводника, равная диаметру трубы. Учитывая, что , получаем:

где G₀ — объемный расход.
Отсюда следует, что Е прямо пропорциональна объемному расходу. Измерение наведенной ЭДС осуществляется измерительным
прибором ИП, к которому предъявляются жесткие требования по значению его входного сопротивления Для обеспечения малого влияния внутреннего сопротивления электромагнитного преобразователя  необходимо выполнение соотношения
(13.3)
Внутреннее сопротивление преобразователя растет с уменьшением электропроводности жидкости и увеличением D, что вызывает необходимость увеличения  , однако этому препятствует емкостное сопротивление соединительных проводов, включенное параллельно . . Поэтому необходимость выполнения условия (13.3) накладывает ограничения на минимальную электропроводность измеряемой жидкости.

Рис. 13.6. Схема преобразователей электромагнитных расходомеров:
а — с внешним магнитом: 1 — преобразователь; 2 — электрическая изоляция; 3 — электроды;
б — с внутренним магнитом; 1 — обтекаемый корпус; 2 — магнит; 3 — электроды; 4 — кабель
Применение постоянных электромагнитов в расходомерах позволяет облегчить борьбу с помехами от внешних электромагнитных полей, увеличить быстродействие прибора. Основным недостатком их использования является поляризация электродов: 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 они получили для измерения расхода сред с электронной проводимостью, например расплавленных металлов, в которых отсутствует явление поляризации.
В качестве примера на рис. 13.6, б представлена схема электромагнитного преобразователя скорости с цилиндрическим магнитом. Основными элементами преобразователя являются обтекаемый корпус 1, магнит 2 в форме цилиндра и электроды 3. В простейшем случае электроды привариваются к внутренней поверхности корпуса в диаметрально противоположных точках и выводятся из корпуса с помощью кабеля 4. При обтекании преобразователя жидким металлом между электродами появляется разность потенциалов, пропорциональная скорости металла.
Для измерения расхода сред с ионной проводимостью применя­ются расходомеры с переменным магнитным полем, создаваемым электромагнитом (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Схема расходомера с переменным магнитным полем
При синусоидально изменяющейся магнитной индукции, имеющей амплитудное значение В_м и частоту f, выражение для ЭДС имеет вид

При достаточно высокой частоте f поляризация электродов практически отсутствует, однако использование переменного магнитного поля имеет свои недостатки. Наиболее серьезным из них является появление паразитной трансформаторной ЭДС Е_т. Эта ЭДС наводится рабочим магнитным полем