(54) ДАТЧИК КОНДУКЦИОННОГО РАСХОДОМЕРА(54) AIR FLOW MEASURING SENSOR
Изобретение относитс к измерению расхода жидкости электромагнитным методом, преимущественно в открытых каналах. Известны датчики кондукционного расходбмера дл канала пр моугольного сечени , содержащие устройство возбуждени магнитного пол и элект роды на боковых стенках ij. Однако дл получени выходного сигнала - комплексной ЭДС и сигнала расхода необходимо фазочувствитель ное разделение компонент сигнала с последующим их перемножением. Это усложн ет приемный прибор. Целью предлагаемого изобретени вл етс повышение точности измерени , поскольку здесь, в отличие от прототипа, изменение эпюры скоросте из-за наличи в потоке твердых вклю чений или преп тствий выше по течению не вносит погрешности.в определение расхода. Достигаемый техникоэкономический эффект определ етс именно повышением точности изйерени Эта цель достигаетс тем, что датчик содержит два измерительных электрода, расположенных на боковых стенках канала, и систему поперечно вертикального магнитного пол возуждени . Измерительные электроды одключены к сопротивлению нагрузки, равнимому по величине с сопротивлеием жидкости между измерительными электродами, в котором датчик снабжен дополнительными электродами на дне канала вне зоны магнитного пол , сопротивление жидкости между которыми и вл етс упом нутым сопротивлением нагрузки дл измерительных электродов. Измерительные электроды имеют расшир ющуюс вверх форму дл обеспечени линейности между расходом и выходным сигналом датчика. Общую проводимостьжидкости между измерительными электродами можно представить.в виде интеграла от проводимостей между элементарными полосами , параллельными дну канала и имеющими, ширину dh. При определении проводимости учитываетс шунтирующее вли ние слоев жидкости выше и ниже по течению. Проводимость между элементарными полосами dg б F dh б 8 Fdhn , где б улельна электропроводность жидкости; В -расст о ние между электродами (ширина канала), с 2gn „ (дл ,4T, (} F . 5ГгЗГа 1 ц .1 J3°«:v) -I i: Pne/JCaHJ (1) : En йА где ( нормированна длина элеMeHTapiioft . полосы электрода; а - длина элементарной полосы электрода; h| 5rh/2 - нормированный уровень потока; . h - уровень потока (или теку щее рассто ние от дна канала). Обща проводимость ,, ., (2) Соответственно межэлектродное сопро тивление Напр жение на измерительных элек . родах датчика при наличии сопротив лени нагрузки RцИ квазистационарном поле возбуждени (т.е. без учета ре ционной составл ющей межэлектродного сопротивлени ) :,Bfh у W s ( .Oh, где 3 - расход дл нормированного сечени потока (т.е. вз того в дол х квадратного сечени со стороной 2}; V - средн скорость потока; В - индукци пол возбу эденн ; С - коэффициент чувствительности Дл обеспечени линейной зависимости Ugbi 9 при неизменном пол возбуждени В const необходимо,чт бы i С . ( Я1 +1) h., const , . Дл выполнени услови (б) необх димо конструктивные параметры датчи сделать зависимыми; от уровн . В дат чике в функции Ьц измен етс т.е. 01ц - длина электрода. Опреде л ют требуемую зависимость длины измерительного электрода Ц от уровн Ъ при условии С const о Из формулы б наход т Rt(r- ) Ьн ,Подстйвл (7) тиэ формулы (31, реша относительно и подстаThe invention relates to the measurement of the flow rate of a liquid by an electromagnetic method, mainly in open channels. Conductive flow meter sensors are known for a rectangular section channel containing a magnetic field excitation device and electrodes on the side walls ij. However, to obtain an output signal — a complex electromotive force and a flow rate signal — phase-sensitive separation of the signal components is necessary, followed by their multiplication. This complicates the receiver. The aim of the present invention is to improve the measurement accuracy, since here, unlike the prototype, a change in the velocity profile due to the presence of solid inclusions or obstacles upstream does not introduce an error. In the determination of flow. The technical and economic effect achieved is determined precisely by an increase in the accuracy of the discharge. This goal is achieved by the fact that the sensor contains two measuring electrodes located on the side walls of the channel and a system of transversely vertical magnetic field stimulation. The measuring electrodes are connected to a load resistance equal in magnitude with the resistance of the fluid between the measuring electrodes, in which the sensor is provided with additional electrodes at the bottom of the channel outside the magnetic field, the resistance of the fluid between which is the said load resistance for the measuring electrodes. The measurement electrodes have an upwardly expanding shape to ensure linearity between the flow rate and the output of the sensor. The total conductivity of the liquid between the measuring electrodes can be represented as an integral of the conductivities between the elementary bands parallel to the bottom of the channel and having a width dh. In determining conductivity, the shunting effect of fluid layers upstream and downstream is taken into account. Conductivity between elementary bands dg b F dh b 8 Fdhn, where b is the electrical conductivity of the liquid; The distance between the electrodes (channel width), with 2gn „(for, 4T, (} F. 5GGZGa 1 q. 1 J3 °:: v) -I i: Pne / JCaHJ (1): En yA where ( the normalized length of the MeHTapiioft. strip of the electrode; a is the length of the elementary strip of the electrode; h | 5rh / 2 is the normalized flow level; h is the flow level (or the current distance from the channel bottom). General conductivity ,,., (2) Accordingly interelectrode resistance The voltage at the sensor’s measuring electrical kinds in the presence of the load resistance Rи of the quasistationary field of excitation (i.e., without taking into account the response component of the interelectrode Oppositions):, Bfh for W s (.Oh, where 3 is the flow rate for the normalized flow cross section (i.e. taken in square section with side 2}; V is the average flow velocity; B is the induction of the field by the edennes; C - sensitivity coefficient To ensure a linear dependence of Ugbi 9 with an unchanged excitation field B const, it is necessary that i C. (H1 +1) h., Const, .To fulfill the condition (b), the design parameters of the sensor must be made dependent; from level In the sensor, the lc function changes; 01ts - the length of the electrode. Determine the required dependence of the length of the measuring electrode C on the level b under the condition C const o From formula b one finds Rt (r-) bn, Podstivl (7) the type of formula (31, deciding with respect to
746189 F(.p из формулы (4), на значение од т iFdhn ° ; h.nte,-) Дифференциру по h получают d Г h dhn 1бев,,(с-ь„-)бе „ () Значение С можно получить, исполь-: у граничные услови при 0. з формулы (9) при hu О имеют 6 PRH F/hH 0 ° - Например, подставл в (10) Р/Ьц О из формулы () , получают + a, at н HЗначением aj|/h О,т.е. длиной лектрода у дна канала, можно непоредственно задатьс . Подставл (10) в (9), наход т Y t ln,nlo a:n.r-/W-ri H Ь 0| Р„б6ф -0 Формула (12) характеризует зависиость длины измерительного электрода т уровн жидкости в общем виде, форму электрода. Если в качестве нагрузки R использовать сопротивление, жидкости между дополнительными электродами, полностью погруженными в жидкость независимо от значени Нц (например в пазу на дне канала) вне пределов действи возбуждений, то RM () гдёРд - функци отношени - длина дополнительного электрода, . . Рд - рассто ние между дополнительными электродами; Ьд - ширина дополнительного электрода. .Дл элек±родов пр моугольной формы Fg const. В. этом случае Fgbg + 1) h. С. ( Р При выбранной конструкции датчика выг одное напр жение Opbix не зависит от электропроводимости жидкости, sj На фиг. 1 представлена эквива-f лентна схема датчика; на фи. 2 конструкци датчика. Датчик, содержит канал 1 из немагнитного неэлектрического материала, измерительные электроды 2, дополнительные электроды 3. На фиг. 1 RBH внутреннее сопротивленйе Датч1й :а, т.е. сопротивление746189 F (.p from the formula (4), for the value of t iFdhn °; h.nte, -) Differentiator with respect to h receive d Г h dhn 1бев ,, (с-ь „-) be„ () The value С can be obtained , use-: at the boundary conditions at 0. 3 of formula (9) with hu O have 6 PRH F / hH 0 ° - For example, substituting in (10) P / b O with formula (), get + a, at n H aj | / h Oh, i.e. length of the electrode at the bottom of the channel, you can directly ask. Substituting (10) into (9), find Y t ln, nlo a: n.r- / W-ri H Н 0 | Р „Б6ф -0 Formula (12) characterizes the dependence of the length of the measuring electrode and the liquid level in general form, the shape of the electrode. If, as a load R, we use resistance, fluids between additional electrodes completely immersed in a liquid regardless of the value of Нц (for example, in a groove at the bottom of the channel) outside the limits of the excitation, then RM () gOrD is the ratio function — the length of the additional electrode, . Rd is the distance between the additional electrodes; Bd is the width of the additional electrode. . For electric ± rectangular shaped Fg const. V. in this case Fgbg + 1) h. C. (P With the sensor design chosen, Opbix's discharging voltage does not depend on the electrical conductivity of the liquid, sj. Fig. 1 shows an equivalent circuit diagram of the sensor; Fig. 2 shows the sensor design. Sensor, contains channel 1 of non-magnetic non-electric material, measuring electrodes 2, additional electrodes 3. In Fig. 1, RBH is an internal resistance of Sensor: a, i.e. resistance