Электромагнитные расходомеры

Работа электромагнитных расходомеров основана на явлении электромагнитной индукции, в соответствии с которым на концах проводника, движущегося в магнитном поле, возникает ЭДС, значе­ние которой описывается выражением Е= BIW, где 5 — магнитная индукция; / — длина проводника; W— скорость движения провод­ника.

В электромагнитных расходомерах проводником служит электро­проводящая жидкость, расход которой измеряется. Электромагнит­ные расходомеры могут измерять расход только электропроводящих жидкостей. В медицинской практике это кровь и физиологический раствор.

1 — трубопровод; 2 — магнит; 3 — электроды; 4 — блок измерения сигнала; 5 — магнитопровод;

6 — обмотка возбуждения; 7 — блок питания электромагнита; 8 — корпус; 9 — сосуд

На рис. 10.5, а показана схема электромагнитного расходомера. Поток электропроводящей жидкости протекает по трубопроводу из немагнитного материала (фторопласт, эбонит, стекло и т. д.). Трубо­провод расположен между полюсами постоянного магнита, перпен­дикулярно силовым линиям магнитного поля (рис. 10.5, б). В стенки трубопровода диаметрально противоположно (заподлицо с внутрен­ней поверхностью трубопровода) вмонтированы электроды.

Под действием магнитного поля ионы, имеющиеся в электропро­водящей жидкости, перемещаются и отдают свои заряды электродам, создавая между ними ЭДС, которая в случае использования постоян­ного магнитного поля описывается выражением

(10.14)

Е = BDW_cp,

где D — диаметр трубопровода.

Пропорциональность ЭДС средней скорости течения является результатом действия циркуляционных токов между центральной зо­ной больших скоростей и периферией, которые снижают ЭДС на электродах на столько, на сколько она могла бы возрасти от увеличе­ния скорости в центральной зоне.

Тот факт, что ЭДС, возникающая на электродах, пропорциональ­на средней скорости при всех режимах течения жидкости, определяет важное преимущество электромагнитных расходомеров по сравне­нию со многими другими и позволяет по значению ЭДС непосредст­венно определить расход жидкости при известной площади попереч

п²

ного сечения F, равной

; из выражения (10.14) с учетом (10.2)

4 ’

можно получить Е — KQ, где К = постоянный коэффициент.

Необходимо также отметить, что ЭДС, возникающая на электро­дах, не зависит от плотности и вязкости измеряемой жидкости.

Недостаток электромагнитных расходомеров с постоянным маг­нитным полем — электрохимическая поляризация электродов, что затрудняет или делает невозможным правильные измерения. Такие расходомеры применяют только для кратковременных измерений, когда поляризация еще не успевает оказать заметного влияния на результат измерений.

где В_тт — амплитудное значение магнитной индукции; /— частота гармонических колебаний магнитного поля; t — время.

Использование переменных полей в электромагнитных расходо­мерах создает ряд эффектов, искажающих полезный сигнал ЭДС, ко­торый мал по значению и составляет 5—6 мВ. В основном на точность

к D

\

sin 2 л ft Q ,

\

В подавляющем большинстве случаев в электромагнитных расхо­домерах используется переменное магнитное поле. При этом элек­трохимический процесс поляризации существенно уменьшается и не оказывает влияния на результат измерений. ЭДС, возникающая на электродах при применении переменного магнитного поля, описы­вается выражением измерений оказывают влияние следующие помехи: паразитные на­водки от внешних цепей, емкостные наводки от переменного тока, питающего электромагнита, индукционные наводки от магнитного поля преобразователя.

Все это определяет тот факт, что для измерения ЭДС, возникаю­щей на электродах, требуется использовать достаточно сложные из­мерительные устройства. Для питания электромагнитов применяется как напряжение промышленной частоты, так и напряжения низкой (около герца) частоты или импульсное напряжение. Применение низкочастотного или импульсного питания электромагнитов умень­шает помехи.

В медицинской практике применяют проточные (магистраль­ные), накладные (манжетные) и катетерные датчики электромагнит­ных расходомеров.

На рис. 10.5, в показана упрощенная схема проточного электромагнитного расходомера, используемого для измерений расхода крови в разрезанных сосудах и в аппаратах ис­кусственного кровообращения.

Накладной датчик (рис. 10.5, г) содержит две обмотки, намотанные навстречу друг другу на миниатюрный тороидальный магнитопровод, изготовленный из тонких пластин пермаллоя. Маг­нитное поле, создаваемое обмотками, концентрируется практически полностью внутри датчика. Направление магнитных силовых линий этого поля показано на рисунке пунктиром. Через прорезь, которой снабжен магнитопровод, датчик при использовании надевается на исследуемый кровеносный сосуд. Накладные датчики выпускают с различным значением внутреннего диаметра (1—24 мм), что позволя­ет подобрать датчик так, чтобы его диаметр был равен диаметру сосу­да в диастоле. Это обеспечивает надежный контакт электродов со стенками сосуда. При этом в систоле сосуд оказывается несколько сжатым.

Катетери ый электромагнитный датчик рас­хода (рис. 10.5, д, е) не имеет магнитопровода. Здесь магнитное поле в потоке крови, который обтекает корпус датчика, размещенного в со­суде, создается несколькими витками обмотки. В результате взаимо­действия потока электропроводящей жидкости (крови) и магнитного поля на электродах, расположенных на боковой поверхности корпуса датчика, возникает ЭДС, несущая информацию о расходе крови.

Питание этих датчиков переменным напряжением и измерение их сигналов осуществляется так же, как и у датчиков проточных рас­ходомеров.

10.6.