Принцип действия. Уравнение измерений. В проводнике, пересекаю­щем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорцио-

нальная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля.

Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведенную в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнит­ного расходомера (рис. 68), предложенную еще самим Фарадеем.

Рис. 68. Принципиальная схема электро­магнитного расходомера: I _ трубопровод;  2 — полюса магнита; 3 — электроды для съема ЭДС; 4 — элек­тронный усилитель; 5 — отсчетная систе­ма; 6 — источник питания магнита

Индуцируемую разность потенциалов Е на электродах 3 определяют по уравнению электромагнитной индукции

Е = -KBDv

ср>

(7.21)

где В — магнитная индукция в зазоре между полюсами магнита; Vq, — средняя скорость потока жидкости; D — внутренний диаметр трубопро­вода; К — коэффициент, зависящий от вида магнитного поля.

Для случая постоянного магнитного поля К = \. Если же магнитное поле изменяется во времени t с частотой/, то К = sin 2-nft.

Магнитное поле создается источником питания б магнита (см. рис. 68). ЭДС, снимаемую с электродов, при помощи электронного усилите­ля 4, преобразуют в усиленный электрический сигнал, регистрируемый отсчетной системой 5.

Выражая в уравнении (7.21) среднюю скорость потока через объем­ный расход измеряемой среды, получим уравнение измерений электро­магнитных расходомеров:

для случая постоянного магнитного поля

£"=-4

(2;

(7.22)

для случая переменного магнитного поля

В sin 2-nft

а

(7.23)

Таким образом, электромагнитные расходомеры могут быть выпол­нены как с постоянными, так и с электромагнитными, питаемыми пере­менным током частотой / Эти электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Метрологические характеристики и область применения электромаг­нитных расходомеров. Погрешность данных приборов определяется в ос­новном погрешностями их градуировки (определения постоянной вели­чины С = AKBj-nD) и измерения разности потенциалов Е. Однако элект­рохимические процессы в потоке жидкости, различные помехи и навод­ки, непостоянство напряжения питания и другие, не позволяют пока по­лучить той потенциально высокой точности измерений расхода, которая вытекает из принципа действия данного типа расходомеров. Так, изго­товляемые в СССР электромагнитные расходомеры, несмотря на инди­видуальную градуировку, (на высокоточных расходомерных стендах) и весьма совершенные средства измерения Е имеют класс точности 1,0— 2,5%.

Существенным и основным недостатком электромагнитных расхо­домеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их примене­ние для измерения слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление пре­образователя, а следовательно, появляются существенные дополнитель­ные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из спе­циальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные по­крытия для электродов (платиновые, танталовые).

Б расходомерах с переменным магнитным полем явление поляриза­ции электродов отсутствует, однако появляются другие эффекты, также искажающие полезный сигнал.

Во-первых, это трансформаторный эффект, когда на витке, образуе­мом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соедини­тельными проводами и вторичными приборами наводится трансформа­торная ЭДС, источником которой является первичная обмотка системы возбуждения магнитного поля. Трансформаторные помехи могут дости­гать 20—30 % полезного сигнала. Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят специальные дополнительные устройства.

Во-вторых, имеет место емкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитно­го поля и электродами и паразитной емкости между ними (соединитель­ные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тща­тельная экранировка.

В-третьих, может иметь место эффект влияния изменения частоты питающего систему возбуждения магнитного поля тока. Компенсируют этот эффект установкой специальных стабилизирующих устройств, что усложняет измерительные схемы и уменьшает надежность приборов.

Тем не менее электромагнитные расходомеры широко применяют в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строи­тельстве и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Расходо-

меры незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где
запаздывание играет существенную роль, или при измерений быстро ме­
няющихся расходов. ,                      :

Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавли­ваются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений, лли изменений профиля. Благодаря этому гидравлические.потери на приборе минималь­ны. Кроме того, преобразователь расходомера и технологический трубо­провод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Поэтому зти рас­ходомеры используют в биохимической и пищевой промьшшенности, где доминирующими являются требования к стерильности измерений среды. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта.

На показания электромагнитных расходомеров не влияют взвешен­ные в жидкости частицы и пузырьки газа, осесимметричное (а в каналах специальной формы любое) изменение профиля распределения скорос­тей потока, а также физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют ее электропроводность.

Электромагнитные расходомеры можно монтировать в любом поло­жении на расстояниях, равных не менее 20 диаметров трубопровода пос­ле местных сопротивлений, нарушающих осесимметричное течение сре­ды, и не менее восьми диаметров до местных сопротивлений.

Конструкция первичных преобразователей позволяет применять но­вейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, что дает возможность измерять расход агрессивных и абразивных сред.

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распро­странение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относитель­ную конструктивную сложность и необходимость тщательного каждо­дневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройкаит.п.).

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3 • 10~9 м3/с) расходов (например, для измерения расхода кро­ви по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м3/с). Причем диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 10:1, т. е. достаточно велик.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхо­да газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10~3— 10~5 сим/м (10~5-10~7
Ом"1-см"1), например, легких нефтепродуктов, спиртов и т. п. Применение разрабатываемых в настоящее время специ­альных автокомпенсирующих устройств позволит существенно снизить требования к электропроводности измеряемых сред и создать электро­магнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе и нефтепродуктов.