Введение к работе
Актуальность темы. Электромагнитный метод измерения расхода
жидкостей получил всеобщее мировое признание как один из надежных,
точных и удобных для технической' реализации методов. По
распространенности на практике электромагнитные средства измерения
расхода и количества жидкостей стоят наравне с такими
широкораспространенными средствами как механические тах'ометрическис
( турбины, вертушки ) , гидродинамические ( диафрагмы, сопла, ротаметры),
ультразвуковые, вихревые и др.
Такое распространение и признание электромагнитный метод в расходометрии жидкостей получил благодаря следующим преимуществам перед другими методами:
метод измерения можно отнести к бесконтактным, т.к. первичный преобразователь расхода (ППР) электромагнитного расходомера (ЭМР) обычно представляет отрезок трубопровода без выступающих частей внутри и не вносит никаких искажений в кинематическую структуру измеряемого потока,
показания ЭМР практически не зависят от физических параметров измеряемой среды, как вязкость,.плотность, давление, температура и др.,
номинальная статическая характеристика ЭМР является строго линейной,
высокая точность измерения, погрешность измерения у современных ЭМР достигает 0,15-0,2%.
Область применения ЭМР чрезвычайно широка: это различные отрасли промышленности ( химическая, пищевая, горно-добываюшая и др.). жилищно-коммунальное хозяйство ( учет расхода воды, сточных вод, учет расхода и потребления теплоносителей и тепловой энергии в системах теплоснабжения), энергетика (ТЭЦ, ГРЭЦ, атомные реакторы), испытания гидромашин и гидроагрегатов, научные исследования (гидродинамика стационарных и нестационарных течений в трубах и каналах) , экология и охрана природы и т.д.
Единственным недостатком электромагнитного измерения расхода является то, что измеряемая жидкость должна быть электропроводящей (о> Ю"1 См/м). Этот недостаток не является существенным, ибо большинство жидких веществ являются достаточно электропроводящими. Хотя электромагнитный метод измерения расхода жидкостей известен давно, разработаны и используются множество различных приборов, в литературе отсутствует изложение теории ЭМР. в ее современном состоянии, доступное инженерам-разработчикам, не имеющим специальной математической подготовки.
Поэтому разработка метода решения задач теории ЭМР с наглядных физических представлений, разработка и исследование оптимальных структур ЭМР в зависимости от условий работы представляют актуальную задачу в настоящее время.
Цель работы. Разработка метода решения основных задач теории электромагнитного метода измерения расхода жидкостей исходя из анализа
физических явлений в электромагнитном расходомере. Найти оптимальные измерительные структуры приборов общего и специального применения с точки зрения минимизации помех и повышения точности измерений. Задача работы. Провести анализ физических явлений в электромагнитном расходомере. Исследовать измерительные структуры расходомеров с целью их оптимизации для приборов общего и специального применения. Методы исследования. Методы классической и релятивистской электродинамики. Методы теории .функций комплексного переменного. Метод функций Грина решения краевых задач эллиптического типа. Метод преобразования Фурье для решения уравнений математической физики. Методы теории радиотехнических цепей и сигналов. Теория цифровой обработки сигналов. Оптимальные системы фильтрации полезного сигнала на фоне помех. Линейные динамические системы и методы теории случайных функций. Методы математической статистики. Аналоговая и цифровая микросхемотехника. Научная новизна:
-
Обоснован и развит метод дипольного источника тока для решения задач теории электромагнитного метода измерения расхода жидкостей. Вычислены и исследованы весовые функции для каналов круглого и прямоугольного сечений с конечными электродами.
-
Вычислена и исследована весовая функция для плоского канала.
-
Вычислена передаточная функция ЭПР как системы с распределенными параметрами.
-
Разработаны и исследованы оптимальные измерительные структуры эталонных и рабочих приборов с синусоидальным и импульсным магнитным
. полями, имеющие повышенную точность измерения и помехоустойчивость. Практическая значимость:
1.Разработанный метод дипольных источников тока и полученные результаты полезны для инженеров - разработчиков электромагнитных средств измерения расхода и количества жидкостей.
2. Полученный аналитический вид передаточной функции электромагнитного
преобразователя расхода позволяет рассчитывать системы управления и
регулирования с заданными характеристиками.
-
Создан расходомер, полностью инвариантный к изменениям профиля скоростей течения жидкости.
-
Разработанные оптимальные измерительные структурные схемы для приборов общего и специального применения являются основой для их технической реализации на базе современных элементов аналоговой и вычислительной техники.
Использование результатов работы: 1. Разработанные на основе проведенных исследований эталонные электромагнитные приборы с постоянным магнитом и приборы с импульсным магнитным полем использовались в следующих организациях ведомственных и государственных метрологических служб:
Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (ВНИИР), г. Казань.
Татарский центр стандартизации и метрологии (ТатЦСМ), г. Казань.
Производственное объединение «Дальстандарт» (ВНИИФТИ), г. Хабаровск.
Производственное объединение «Капролактам», г. Дзержинск.
Производственное объединение «Комижилкомхоз», г. Сыктывкар.
-
Разработанный рабочий прибор внедрен в серийное производство как тип ИПРЭ-1,прошедший государственные приемочные испытания.
-
Разработанный прибор специального применения РЭННП-1М внедрен в предприятии А-7755, г. Нижний Новгород.
-
Разработанный прибор для научных исследований типа РЭИ-3 внедрен в ВНИИТ, г. Калининград, Моск.обл.
AjrpiK%iHH_j3a6oTbL_OcHOBHbie положения и результаты докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях:
Развитие системы метрологического обеспечения измерения расхода и количества веществ, г. Казань, 1970г., 1975г., 1979г., 1984г.
У1-Таллинское совещание по электромагнитным расходомерам, г.Таллин, 1973г.
Международная конференция по метрологии, г. Минск, 1997г.
Международный симпозиум по проблемам экологии и энергетике ЭЭЭ-2,КФ МЭИ, г. Казань, 1999г.
Межвузовская конференция по проблемам энергетики, КФ МЭИ,' г.Казань, 1998г.
Публикации: По теме диссертации автором опубликовано 32 печатных
работ, из них і9-статей, 5-авторских свидетельств СССР, 8 тезисов
докладов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Метод дипольного источника для решения задач теории ЭМР.
-
Решение основных задач теории методом дипольных источников.
-
Исследование погрешностей (помех) ЭМР в зависимости от распределения профиля скоростей потока и вида возбуждения магнитного поля, способов их устранения.
-
Передаточная функция электромагнитного преобразователя расхода (ЭПР), как элемента системы управления и регулирования.
-
Оптимальная структура эталонного прибора с синусоидальным полем.
-
Оптимальная структура эталонного прибора с импульсным полем.
-
Оптимальная структура эталонного прибора для научных исследований.
8. Оптимальная структура рабочего прибора с импульсным полем.
Структура и обьем диссертационной работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии,
состоящей из 231 наименований и приложений, содержит 125 стр.
основного текста, 37 рисунков и 11 таблиц. ,._
