ЭДС, а значит, и точность измерения расхода, снижает массу и стоимость преобразователя и, кроме того, благодаря повышен ной скорости жидкости способствует очистке поверхности элект родов [67]. При DB< D преобразователь соединяется с трубопро водом с помощью конических переходов. Труба преобразователя обычно изготовляется из коррозионно-стойкой стали. В особых случаях, при небольших давлениях и малых диаметрах, трубу преобразователя делают из стекла или пластмассы. При весьма больших диаметрах встречаются преобразователи с трубами из бетона [41]. Очень хорошим материалом для изготовления трубы, в том числе и большого диаметра, является многослойный стек лопластик. Он выдерживает большое давление и обладает изоля ционными свойствами.
В качестве изоляционного покрытия внутренней поверхности стальной трубы и фланцев преобразователя применяют полиуре тан, резину, эмаль, фторопласт и другие материалы в зависимос ти от свойств измеряемой жидкости. Так, резина хорошо сопро тивляется абразивному износу, поэтому ее рекомендуют для из мерения расхода рудных пульп. Температурный предел ее при менения 70 °С. Но в щелочных средах резина разрушается. Кислотостойкая эмаль пригодна для всех кислот, кроме плавико вой. Ее успешно применяют, в частности, при измерении расхода суспензии латекса и поливинилхлорида в диметилформамиде в процессе изготовления синтетических волокон. Коэффициенты расширения эмали и материала трубы (коррозионно-стойкой ста ли) должны быть близки друг к другу. Предел применения эмали 180 °С. Для щелочных сред эмаль не подходит. Фторопласт поми мо широко универсальной коррозионной стойкости хорошо со противляется также и изнашиванию. Так, фторопласт-4 приго ден для всех агрессивных сред, кроме плавиковой кислоты, 98 %-ной азотной кислоты, царской водки, ацетона и серного эфира, а фторопласт-40 — для всех жидкостей, кроме содержа щих трехфтористый хлор и элементарный фтор. Футеровка фто ропластом производится сваркой внутри преобразователя набора втулок и узла электрода, а соединение с металлом осуществляет ся с помощью ласточкина хвоста. Температурный предел фторо пласта около 150 °С. Но для высоких давлений фторопласт плохо пригоден из-за текучести, возрастающей с повышением темпера туры. Если резину и полиуретановый каучук в преобразователях типа ИР применяют до давлений 2,5 МПа (для D от 10 до 300 мм), эмаль тоже до давлений 2,5 МПа (для D от 10 до 100 мм), то фторопласт лишь до давлений 1 МПа (для D от 10 до 100 мм). Но при более совершенной технологии сборки узлов электродов
ифланцев при температуре 150 °С и повторной затяжке после охлаждения [16] преобразователи оказались работоспособными при давлении до 1,6 МПа при температуре 180 °С и давлении до 3,5 МПа при температуре 150 °С. В преобразователях расходомеров 4-РИ
и5-РИ для изоляционного покрытия применялись полуэбонит
318
и эпоксидный компаунд ЭД-5 (смесь смолы Д-5 с отвердителем). Большой износоустойчивостью обладают полиуретан и покрытия из стеклаПоследние к тому же термостойки и антикоррозийны. Труба из коррозионно-стойкой стали покрывается слоем особого состава, коэффициент теплового расширения которого средний между аналогичными коэффициентами стали и стекла. На этот слой расплавленное стекло наносится центробежным методом.
Электроды изготовляют из антикоррозийного и достаточно твердого материала, чаще всего из коррозионно-стойкой стали, но иногда из титана или платино-иридиевого сплава. Необходимо обеспечить помимо хорошего контакта электрода с текущей жид костью его изоляцию от металлической стенки трубы и плотность всего соединения. Наружный конец электрода снабжается нарез кой и одной или двумя гайками для затягивания электрода при его уплотнении.
На рис. 181, а показан узел электрода, применяемый во мно гих отечественных электромагнитных расходомерах. Он прост по устройству и надежно работает при резиновым и полиуретановых покрытиях. Плотность достигается конической головкой при за тягивании электрода с помощью гайки. В зависимости от разме ра трубы диаметр электрода 5 -8 мм, а его головки 6-30 мм. На рис. 181, б изображена несколько другая зарубежная конструк ция [43] узла электрода. Последний имеет сферическую головку 8 с одним или несколькими коническими зубцами на тыльной части, обеспечивающими внутреннее уплотнение при контакте с футеровкой 0. Тарельчатые пружины 11, опирающиеся через промежуточные шайбы в стенку 10 трубы, обеспечивают при за тягивании электрода необходимую плотность соединения. Клем ма 12 служит для присоединения провода. На рис. 181, в показан узел электрода при фторопластовой изоляции и небольшом диа метре трубы. С помощью кольцевой площадки у электрода под воздействием тарельчатых пружин электрод прижимается к фто ропластовой изоляции.
Рис. 181. Электродный узел:
1, 9 — футеровка; 2 — стальная труба; 3 — изоляционная прокладка (стеклотексто лит); 4 — шайба; 5, 16 — гайки; б, 13 — электрод; 7, 12. 18 — клеммы; 8 — сферическая головка; 10 — стенка трубы; 11. 20 — тарельчатые пружины; 14 — металлическая втулка; 15 — втулка; 17 — экранирующий колпачок; 19 — изоля ционная втулка; 21 — покрытие из второпласта 40
319
Новый узел фирмы «Aswega* описан в работах [13, 26 ].
В случае изоляции из эмали стержневой стальной электрод предварительно покрывается эмалью, затем вставляется в трубу преобразователя, после чего производится заливка эмали для об разования футеровки и запекание в печи. Конец электрода, выс тупающий на несколько миллиметров внутрь трубы, зачищается наждаком. Соединение неразборное.
Правильное измерение ЭДС нарушается, если поверхность элек трода загрязняется или на ней образуются осадки. Предложены [38, 39, 43, 67] различные методы очистки. Для механической очистки в трубчатый электрод вводят стальную щетку. Если за грязнение и осадки мягкие и не имеют сильного сцепления с по верхностью электрода, то можно рассчитывать на самоочистку их текущей жидкостью, особенно если последняя содержит твер дые частицы (например, при измерении сточных вод). В этом слу чае целесообразно углубить конец электрода на 10-12 мм внутрь трубопровода. Более эффективен ультразвуковой метод очистки. К стержню электрода присоединяется пьезоэлемент, на который подается напряжение с частотой 45-65 кГц. При возникающих механических колебаниях электрода осадки отделяются от него и уносятся жидкостью.
Наряду с рассмотренными электродами, имеющими контакт с измеряемой жидкостью, были предложены бесконтактные элек троды с емкостным съемом сигнала, имеющие ряд существенных достоинств: возможность применения для жидкостей с очень ма лой электрической проводимостью, отсутствие изнашивания по верхности электродов и необходимости их чистки. Такие элект роды весьма перспективны для измерения расхода как абразив ных жидкостей, так и жидкостей загрязненных и образующих осадки. В последние годы возрос интерес к их применению и по явились разработки соответствующих расходомеров [27, 46]. Схема преобразователя расхода с емкостными электродами показана на рис. 182. Металлические электроды отделены от жидкости изо ляционным слоем 2 из тефлона, фторопласта или другого мате риала. Каждый электрод вместе с изоляционным слоем (диэлект риком) и проводящей жидкостью (заземленной) образует конден
|
сатор. Для защиты электродов от шунти |
|
рующего действия окружающей среды (от |
|
емкостной связи с ней) служат двойные |
|
экраны 3 и 4. Внешний экран 4 заземлен, |
|
а внутренние эквипотенциальные экраны 3 |
|
находятся под тем же напряжением, что |
|
и электроды i. Между электродами и эк |
|
ранами не должно быть никакой разнос |
|
ти потенциалов. Каждый измерительный |
Рис. 182. Схема преобразо |
электрод с помощью кабеля соединен со |
вателя с емкостными элек |
своим предварительным усилителем, име |
тродами |
ющим очень большое входное сопротивле- |
320
ние и коэффициент усиления, равный единице. Так, при диамет ре трубы 40 мм, диаметре электродов 25 мм и толщине тефлоно вой изоляции 2,5 мм, имеющей диэлектрическую постоянную око ло 2, емкость между жидкостью и электродом составляет 2 пФ. Тогда при частоте 50 Гц импеданс источника равен 1,5 •103 Ом. При этих условиях входной импеданс предварительного усилите ля должен быть около 1012 Ом. Угол раствора электродов Р дохо дит до 90°, а угол раствора защитных электродов еще больше. Длина измерительных электродов по оси трубы связана с осевой длиной магнитного поля и меньше последней примерно в два раза, в то время как длина защитных электродов в два раза больше, чем длина измерительных.
В большинстве серийно изготовляемых электромагнитных рас ходомеров электромагнитная система, состоящая из обмотки воз буждения и магнитопровода, располагается снаружи трубы пре образователя и закрывается металлическим кожухом. Но при очень высоком давлении во избежание появления больших вих ревых токов в толстостенных стальных трубах электромагнит ную систему размещают внутри трубы преобразователя в элект роизоляционном компаунде, который отделен от жидкости футе ровкой.
При измерении расхода жидкостей, которые кристаллизуются или полимеризуются при низких температурах, применяют обо грев (например, путем пропуска пара или горячей воды через наружную рубашку).
15.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ
Электродвижущая сила, создаваемая первичным преобразова телем электромагнитного расходомера, невелика. Обычно она не превосходит 5-6 мВ. Это требует применения усилителей. Для повышения точности измерения сила измерительного тока, про текающего через преобразователь, должна быть минимальной. Это достигается применением измерительных схем с очень большим входным сопротивлением, например с помощью катодного повто рителя на входе усилителя. В измерительной схеме надо иметь устройство, устраняющее влияние на результаты измерения транс форматорной ЭДС, сдвинутой по фазе на 90е по отношению к ос новному сигналу. Кроме того, важно предусмотреть устройство, исключающее влияние изменения магнитного потока преобразо вателя, в частности от колебания напряжения питания, на пока зания расходомера.
Разработка отечественных серийных электромагнитных рас ходомеров началась в НИИтеплоприбор. Вначале были освоены и ряд лет выпускались расходомеры типа 3-РИ и 3-РИМ клас са 2,5. Затем они были заменены компенсационными расходоме-
321