3. ИНДУКЦИОННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
В этих расходомерах (рис. VI. 12) под действием магнитного поля в двигающейся жидкости наводится э. д. с., величина которой при постоянстве других параметров пропорциональна скорости потока. Измерение э. д. с. осуществляется между двумя металлическими пластинами, помещенными в поток [9].
Рис. VI. 12. Принципиальная схема индукционного расходомера 1 — трубопровод, 2 — электромагнит, 3 — измерительные пластины, 4 — усилитель, 5 — регистрирующее устройство, 6 — источник питания
Величина э. д. с., индуктируемой в потоке жидкости, определяется формулой
где В — магнитная индукция в
- скорость жидкости, осредненная по сечению канала, в
— величина расхода в
— длина теоретического проводника (диаметр трубки) в
Разность потенциалов между электродами будет пропорциональна объемному расходу жидкости
расстоянию между электродами и величине магнитной индукции В. При выводе данного уравнения принято, что электропроводность жидкости значительно выше электропроводности трубопровода, а толщина стенок мала по сравнению с сечением потока. В таких расходомерах плоскости электродов должны располагаться вертикально во избежание разрыва
электрической цепи между ними из-за образования воздушной подушки под верхним электродом или осаждения непроводящих твердых частиц на нижнем электроде. Индукционные расходомеры с постоянным магнитным полем имеют ряд недостатков. Постоянный электрический ток является причиной электролиза и образования газов, осаждающихся на электродах, что приводит к изменению сопротивления электрической цепи и появлению погрешности.
На рис. VI. 13 преобразователь заменен эквивалентным генератором с параметрами
. Ток генератора
где
— полное внутреннее сопротивление датчика;
— сопротивление нагрузки. При электролизе на электродах выделяются ионы, имеющие различные знаки, вследствие чего между электродами возникает электрохимическая разность потенциалов, направленная навстречу основной э. д. с. Через определенный промежуток времени, прошедший с начала течения жидкости, в постоянном магнитном поле может произойти полная компенсация основной
э. д. с., и ток во внешней цепи будет равен нулю, т. е.
где
- э. д. с. поляризации.
Рис. VI. 13. Эквивалентная схема индукционного расходомера.
внутреннее сопротивление и емкость эквивалентного генератора,
— сопротивление нагрузки,
с и емкость поляризации
Процесс нарастания э. д. с. поляризации происходит по экспоненциальному закону. Широкое распространение получили индукционные расходомеры с переменным магнитным полем. В этом случае величина индуктируемой э. д. с. определяется формулой
где
— частота изменения магнитного поля.
Если пренебречь емкостью С, так как ее величина значительно меньше величины
то полное внутреннее сопротивление датчика такого расходомера определяется по формуле
где
— угловая скорость в
— емкость поляризации в
Электроды датчика для защиты от воздействия измеряемой Жидкости могут быть покрыты слоем изоляционного материала. В эквивалентной схеме (рис. VI. 13) емкость поляризации
необходимо
заменить емкостью
с диэлектриком из слоя изоляционного материала;
где
— диэлектрическая проницаемость слоя изоляционного материала в
— площадь электродов в
— толщина слоя изоляции в
Уменьшение паразитных э. д. с. достигается применением различных компенсационных устройств. На рис. VI. 14 представлена одна из компенсационных схем, в которой применены два индукционных преобразователя с противоположно направленной магнитной индукцией В.
Рис. VI 14 Схема компенсации паразитных э. д. с.: 1 — электромагниты; 2 — трубопровод, 3 — измерительные пластины, 4 — трансформатор, 5 — усилитель
Рис. VI. 15. Формы каналов в индукционных расходомерах. а — круглая; б — прямоугольная
Чувствительность индукционного преобразователя
где Е — индуктируемая э. д. с.; Q — объемный расход жидкости. Для прямоугольного сечения (рис. VI. 15, б) чувствительность
так как
где М — магнитодвижущая сила, создаваемая электромагнитом, в
— магнитная проницаемость жидкости в
Для индукционного расходомера с круглым каналом чувствительность
так как