Міністерство освіти і науки Російської Федерації

федеральне державне автономне

освітня установа вищої освіти

«Національний дослідницький Томський політехнічний університет»

Інститут: Інститут природних ресурсів

Напрям підготовки: Нафтогазова справа 21.03.01

Кафедра: Буріння нафтових і газових свердловин

Реферат на тему:

«Електромагнітні витратоміри»

Виконав студент гр. 2Б2В _____________ Мельников Василь Вікторович

(Підпис)

___________________ 2015 р

(Дата здачі звіту)

прийняв:

Скороспешкін М.В., ____________

Доцент кафедри АІКС

(Підпис)

_____ _____________ 2015 р

(Дата прийняття звіту)

Томськ - 2015 р
зміст

введення 3

Визначення електромагнітного витратоміра 4

Принцип дії 5

Електромагнітні витратоміри з постійним магнітним полем 6

Електромагнітні витратоміри зі змінним магнітним полем 8

Електромагнітні витратоміри з імпульсним 11

магнітним полем низької частоти

Метрологічні характеристики і область застосування 12

електромагнітних витратомірів

Перевагами і недоліки електромагнітних витратомірів 14

додаток 15

Список літератури 16

Вступ.

Вимірювання витрати та маси речовин (рідких, газоподібних, сипучих, твердих, парів і т. П.) У виробництві широко застосовується як в ПЗ товарного і звітних операціях, так і при контролі, регулюванні і управлінні технологічними процесами.

Витрата речовини - це маса або об'єм речовини, що проходить через дане перетин каналу засоби вимірювання витрати в одиницю часу. Залежно від того, в яких одиницях вимірюється витрата, розрізняють об'ємну витрату або масова витрата. Об'ємна витрата вимірюється в м3 / с (м3 / год і т. Д.), А масовий - у кг / с (кг / год, т / год і т. Д.).

Витрата речовини вимірюється за допомогою витратомірів, що представляють собою кошти вимірів або вимірювальні прилади для обліку витрати. Багато витратоміри призначені не тільки для вимірювання витрати, але і для вимірювання маси або обсягу речовини, що проходить через засіб виміру протягом будь-якого, довільно взятого проміжку часу. У цьому випадку вони називаються витратомірами з лічильниками або просто лічильниками. Маса або об'єм речовини, що пройшов через лічильник, визначається по різниці двох послідовних в часі показань відлікового пристрою або інтегратора. За принципом дії поділяються на такі основні групи: змінного перепаду тиску; обтікання - постійного перепаду тиску; тахометрические; електромагнітні; змінного рівня; теплові; вихрові; акустичні. Крім того, відомі витратоміри, засновані на інших принципах дії: резонансні, оптичні, іонізаційні, меточние і ін. Однак багато хто з них знаходяться в стадії розробки і широкого застосування поки не отримали.

Визначення електромагнітного витратоміра

Для контролю витрат і обліку води та теплоносія з 40-х років XX століття в промисловості застосовуються електромагнітні витратоміри. Незаперечні достоїнства електромагнітних витратомірів - відсутність гідродинамічного опору, відсутність рухомих механічних елементів, висока точність, швидкодія - визначили їх широке поширення.

Електромагнітні витратоміри - це витратоміри, що працюють за принципом взаємодії протікає через витратомір рідини з магнітним полем. В основі процесу лежить закон електромагнітної індукції. Відповідно, яка вимірюється рідина повинна бути електропровідний.

У промисловості використовуються електромагнітні витратоміри з вимірюваної ЕРС, індукованої в рідини в процесі перетину рідиною магнітного поля. У ділянку труби з немагнітного матеріалу, зсередини покритого неелектропроводной ізоляцією і розташованого між полюсами магніту, встановлюються два електроди перпендикулярно потоку рідини напрямку розташування силових ліній магнітного поля. При цьому обчислюється різниця потенціалів на електродах, яка прямо пропорційна об'ємній витраті. Постійне магнітне поле застосовують для обчислення витрат розплавлених металів. Змінне магнітне поле застосовують для обчислення витрати рідини з іонною провідністю.

Принцип дії

Принцип дії електромагнітних витратомірів (ЕМР) заснований на вимірюванні ЕРС, індукованої в потоці електропровідної рідини (кислоти, луги, солі) під дією зовнішнього магнітного поля.

Принципова схема електромагнітного витратоміра приведена на рис. 1. Корпус 1 з циліндричної вставкою з магнітною (фторопласта, ебоніту та ін.), З переміщається в ньому рідиною, розташований між полюсами 2 і 3 магніти перпендикулярно напрямку силових ліній магнітного поля. У стінки трубопроводу діаметрально протилежно (урівень з внутрішньою поверхнею труби) закладені вимірювальні електроди. Під дією магнітного поля іони, що знаходяться в рідині, переміщаються і віддають свої заряди вимірювальним електродів електромагнітного витратоміра, створюючи в них ЕРС Е, пропорційну швидкості течії рідини. До електродів підключений вимірювальний прилад 4, шкала якого отградуирована в одиницях витрати.

Електромагнітні витратоміри з постійним магнітним полем

До основних переваг постійного магнітного поля можна віднести:

· Відносну простоту пристрою магнітної системи;

· Можливість вимірювання витрат, що змінюються з високою частотою;

· Відсутність численних перешкод, що виникають при застосуванні змінного магнітного поля;

· Можливість вимірювання витрати речовин з низькою електричну провідність.

Але постійному магнітному полю властивий суттєвий недолік - поляризація електродів, при якій змінюється опір перетворювача, а отже, з'являються суттєві додаткові похибки, що порушує нормальну роботу витратоміра. Поляризацію зменшують, застосовуючи електроди зі спеціальних матеріалів (вугільні, каломеліевие) або спеціальні покриття для електродів (платинові, танталові).

У зв'язку з цим для вимірювання витрати звичайних рідин з іонною провідністю постійне магнітне поле не застосовують. Таке поле може бути використано для вимірювання витрати розплавлених металів, що мають електронну, а не іонну провідність.

Також електромагнітні витратоміри з постійним магнітним полем застосовують в лабораторіях і дослідницькій практиці при короткочасних вимірах, коли явище поляризації практично не помітно, і при вимірюванні швидкозмінних витрат, вимір яких при змінному магнітному полі неможливо.

Величина ЕРС в разі постійного магнітного поля визначається основним рівнянням електромагнітної індукції

E = B * d * vср,

де В - магнітна індукція в зазорі між полюсами магніту; d - внутрішній діаметр трубопроводу (довжина провідника); vср - середня швидкість потоку рідини.

Висловивши швидкість через об'ємний витрата Q, отримаємо (для трубопроводу круглого перерізу):

E = 4 * Q * B / (π * d)

З цієї формули випливає, що при однорідному магнітному полі ЕРС прямо пропорційна об'ємній витраті. Електромагнітні витратоміри застосовують лише для рідин з електричну провідність не нижче 10-3- 10-5 см / м.

Електромагнітні витратоміри зі змінним магнітним полем

Для вимірювання витрати середовищ з іонною провідністю застосовуються витратоміри зі змінним магнітним полем, створюваним електромагнітом (рис.2):

Змінне магнітне поле зводить до мінімуму поляризацію електродів, завдяки чому широко застосовується в витратомірах.

Однак застосування такого поля має ряд обмежень:

1. Так як в перетворювачі витрати спільно з струмами провідності протікають і струми зміщення, то це обмежує можливість застосування змінного магнітного поля з малою електричну провідність: менш 10-6 См / м (наприклад, легенів нафтопродуктів, спиртів і т. П.).

2. Довжина проводів, що зв'язують перетворювач витрати з вимірювальним приладом, обмежена ємнісним опір між ними і тим більше, ніж чим менше питома провідність рідини. Для точного вимірювання ЕРС перетворювача потрібно, щоб опір навантаження у багато (100-500) разів перевищувало опір перетворювача. Вплив ємності проводів можна зменшити наступними способами:

o підсилювач або першу його сходинку відокремити від вимірювального приладу і встановити у перетворювача витрати;

o застосування проводів з подвійним екраном і подача на внутрішній екран напруги, рівного за величиною напруги екраніруемого дроти.

3. При змінному магнітному полі поряд з корисним сигналом ЕРС виникає паразитна (трансформаторна) ЕРС, коли наводиться на витку, утвореному рідиною, що знаходиться в трубопроводі, електродами, сполучними проводами і вторинними приладами. Її джерелом є первинна обмотка системи збудження магнітного поля. Трансформаторна ЕРС може бути значно більше корисного сигналу, але зазвичай становить 20-30%. Це небажане явище можна усунути, зменшивши площу контура шляхом розташування площини витка, утвореного провідниками, що йдуть від електродів, паралельно силовим лініям магнітного поля. Переміщаючи провідники можна домогтися мінімального сигналу перешкод.

4. Змінне магнітне поле викликає появу вихрових струмів Фуко як в муздрамтеатрі, так і в стінках трубопроводу і вимірюваної рідини. При великій товщині стінки трубопроводу величина цих струмів значна, що призводить до появи їх власного магнітного поля, яке ослаблює основне магнітне поле.

5. Можливі перешкоди через блукаючих струмів і зовнішніх електромагнітних полів.

6. Зміна напруги і частоти харчування, а також температури електромагніту можуть викликати зміну індукції магнітного поля, а отже і вимірюваної ЕРС. Для усунення цього ефекту напруга живлення електромагніту роблять опорною напругою схеми порівняння.

7. Індукція магнітного поля не повинна бути більш 0,25-0,3 Тл, так як її збільшення викличе посилення перешкод і розсіювання магнітного потоку.

8. У електромагнітних витратомірах є паразитна (шумова) ЕРС, що виникає від теплових шумів у внутрішньому опорі рідини між електродами. Це явище обмежує застосування електромагнітних витратомірів для рідин з великим питомим опором.

Електромагнітні витратоміри з імпульсним магнітним полем низької частоти

Застосування змінного магнітного поля пов'язано зі значними перешкодами і обмеженнями, які проявляються сильніше зі збільшенням частоти поля. Тому, якщо не вимагається вимірювання швидкозмінних витрат, часто знижують звичайну частоту (50 Гц) магнітного поля. Це дає ряд переваг:

1. Повністю зникає вплив зовнішніх перешкод промислової частоти.

2. Майже повністю усувається вплив вихрових струмів, завдяки чому істотно спрощується створення перетворювачів витрати на високий тиск.

3. Знижується вплив власних індукційних і ємнісних перешкод.

4. Знижується споживання електроенергії.

5. Можлива відмова від шіхтованного муздрамтеатру.

6. Спрощується виготовлення завдяки виключенню екранування електродів і вимірювальних ланцюгів.

Основними достоїнствами витратоміри з імпульсним магнітним полем є: більш висока точність вимірювання в порівнянні зі змінним полем синусоїдальної форми промислової частоти (відносна похибка (0,2-0,5)%); значно менша потужність, що витрачається.

Метрологічні характеристики і область застосування електромагнітних витратомірів

Похибка електромагнітних витратомірів визначається в основному похибками їх градуювання і похибками вимірювання різниці потенціалів ЕРС. Однак електрохімічні процеси в потоці рідини, різні перешкоди і наведення, мінливість напруги харчування та інші, на даний момент не дозволяють отримати тієї потенційно високої точності вимірювань витрати, яка випливає з принципу дії даного типу витратомірів. Так, виготовлені в СРСР електромагнітні витратоміри, незважаючи на індивідуальну градуювання (на високоточних витратомірних стендах) і досить досконалі засоби вимірювання ЕРС, мають клас точності 1,0 2,5%.

Проте електромагнітні витратоміри широко застосовують в металургійній, біохімічної і харчової промисловості, в будівництві, в медицині, так як вони малоінерційні в порівнянні з витратомірами інших типів. Витратоміри незамінні в тих процесах автоматичного регулювання, де запізнення грає істотну роль, або при вимірюванні швидко мінливих витрат.

Гідравлічні втрати на приладі мінімальні, тому що первинні перетворювачі електромагнітних витратомірів не мають частин, що виступають всередину трубопроводу, звужень або змін профілю. Ці витратоміри використовують в біохімічної і харчової промисловості, де домінуючими є вимоги до стерильності вимірювань середовища, так як перетворювач витратоміра і технологічний трубопровід можна чистити і стерилізувати без демонтажу. Відсутність порожніх заглиблень виключає застій і коагулирование вимірюваного продукту.

На показання електромагнітних витратомірів не впливають зважені в рідині частинки і бульбашки газу, а також фізико-хімічні властивості вимірюваної рідини (в'язкість, щільність, температура і т. П.), Якщо вони не змінюють її електропровідність.

Електромагнітні витратоміри можна монтувати в будь-якому положенні на відстанях, рівних не менше 20 діаметрів трубопроводу після місцевих опорів і не менше восьми діаметрів до місцевих опорів. Також конструкція первинних перетворювачів дозволяє застосовувати новітні ізоляційні, антикорозійні і інші покриття, що дає можливість вимірювати витрати агресивних і абразивних середовищ.

Зазначені переваги і забезпечили досить широке поширення електромагнітних витратомірів, незважаючи на їх відносну конструктивну складність і необхідність ретельного щоденного технічного догляду (подрегуліровкі нуля, поднастройкі і т.п.).

Електромагнітні витратоміри застосовують для вимірювання дуже малих (3 * 10-9 м3 / с) витрат (наприклад, для вимірювання витрати крові по кровоносних судинах) і великих витрат рідин (3 м3 / с). Причому діапазон виміру витратоміра одного типорозміру досягає значення 10: 1, т. Е. Досить великий.

Але витратоміри даного типу непридатні для вимірювання витрати газів, а також рідин з малою електропровідністю, що є їх істотним недоліком. Але застосування розроблюваних в даний час спеціальних автокомпенсірующіх пристроїв дозволить істотно знизити вимоги до електропровідності вимірюваних середовищ і створити електромагнітні витратоміри для вимірювання витрати будь-яких рідин, в тому числі і нафтопродуктів.

Підвівши підсумки, можна виділити наступні основні переваги та недоліки електромагнітних витратомірів.

Перевагами електромагнітних витратомірів є:

· Незалежність показань від в'язкості і щільності вимірюваного речовини;

· Можливість реалізації методу для дуже великих діаметрів трубопроводів і відсутність при цьому додаткового динамічного опору;

· Лінійність шкали;

· Необхідність в менших довжинах прямих ділянок труб, ніж у інших витратомірів;

· Високу швидкодію;

· Можливість вимірювання агресивних, абразивних і в'язких рідин;

· Працездатність при високому тиску середовища - аж до 100 МПа.

До недоліків слід віднести:

· Неможливість використання витратомірів для непровідних рідин (вуглеводні, аміак, кислоти та ін.);

· Наявність додаткової похибки від величини електропровідності рідини;

· Можливість відкладення магнетиту на стінках вимірювального трубопроводу витратоміра і значне збільшення похибки при наявності оксидів заліза у воді;

· Необхідність розрізання трубопроводу, приварювання фланців і установки вимірювального трубопроводу, що часто неможливо.

додаток

Електромагнітний витратомір - Promag

Електромагнітний витратомір - BATCHFLUX 5500 C

Приклади електромагнітних витратомірів:

Список літератури

1. http: // www .npopramen.ru [розробка і виробництво витратомірів, вимірювальних систем, перевірочного обладнання]

2. http://www.rossnab-com.ru [ТОВ «РосСнаб»]

3. Стаття «Електромагнітні витратоміри для води і стоків» [KROHNE]

4. Джессі Рассел, Рональд Кон «Електромагнітні витратоміри» [bookvika publishing]

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитный_расходомер