Электромагнитный метод

Электромагнитный метод основан на том, что в потоке морской йоды, пересекающем магнитные силовые линии, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения частиц воды относительно магнитного поля. Наведенную ЭДС (Е), согласно закону Фарадея, можно выразить как

Е = BLUcosa • 10~8,

где В — магнитная индукция; L — расстояние между электродами (Паза измерения); U — скорость движения воды; ЙЙ1— угол между направлением потока и магнитным полем.

В качестве магнитного поля используются как вертикальная со- • 'тпвляющая магнитного поля Земли, так и искусственно созданное по-стоянное или переменное магнитное поле. Поскольку скорость распро-странения электромагнитных волн соизмерима со скоростью света, элек-тромагнитные измерители скорости течения являются практически (юзынерционными, и их частотные свойства в верхнем диапазоне частот определяются в основном пространственной разрешающей способностью датчиков, т. е. в принципе с их помощью можно измерять средние и пульсационные значения скорости. При этом: значение ЭДС оп-ределяется путем измерения разности потенциалов между двумя июкгродами, расположенными в магнитном поле по линии, перпенди-кулярной векторам магнитной индукции и скорости потока.

При измерении течений в поверхностном слое воды можно исполь- иоипть естественное магнитное поле Земли. В этом случае проводником, в котором индуцируется ЭДС, будет являться морская вода и одно- и|И'менио участок кабеля между двумя неполяризующимися электро- дшми, который буксируется за судном. Эту ЭДС можно представить как

Е = LUHZ,

I Лс Нг — вертикальная составляющая магнитного поля Земли.

Истинные значения скорости и направления течения определяются по проекциям с судна на двух взаимно перпендикулярных гал- I ах. Но этот метод, несмотря на свою простоту, не получил широкого распространения из-за трудности интерпретации результатов измерений. В подобных измерителях скорость течения и выходной сиг- па. /| связаны сложной зависимостью, в которой задействованы глубина, вертикальный профиль скорости, электропроводимость грунта дна (при небольших глубинах), положения буксируемых электро- дин. На результаты измерений также оказывают влияние и магнитные возмущения.. Все эти факторы трудно поддаются учету. Точ

ность таких измерителей обычно не превышает 20—80 %'. *

Многие трудности можно преодолеть, если измерение скорости течения проводить в искусственном магнитном поле, индуцируемом катушками подмагничивания или создаваемом постоянным магнитом. Принципиальная схема, подобных измерителей, предложенная еще самим Фарадеем, имеет вид, представленный на рис, 8.5.

Использование постоянного магнитного поля осложнено поляризацией электродов, особенно при измерении низкочастотных составляющих потока. Применение переменного магнитного поля позволяет избежать поляризации, а также использовать емкостные электроды, не имеющие непосредственного контакта с водой. Пороговая чувствительность подобных измерителей составляет 10~3—

3- 10-3 м/с, а частотный диапазон охватывает несколько килогерц. Их динамический диапазон в основном зависит от гидравлической ха-рактеристики датчика, определяемой его формой.

Измерители с искусственным магнитным полем могут быть од-нокомпонентными и двухкомпонёнтными. Первые должны быть ори-ентированы по потоку. Вторые состоят из обтекаемого корпуса (шар, диск, цилиндр) из изоляционного материала, катушки возбуждения магнитного поля и двух пар электродов, расположенных с противо-положных сторон. В случае, когда поток совпадает с линией, прохо-дящей через два расположенных противоположно электрода, наведенная на них ЭДС равна нулю, а на двух других имеет наибольшее значение. Если поток направлен под углом к осям координат, проходящим через электроды, то ЭДС, измеряемая обеими парами электродов, будет пропорциональна проекциям модуля скорости и прибор позволяет измерять мгновенные значения скорости.

Аппаратура подобного типа позволяет производить измерения сред-ней скорости течения в диапазоне 10~2 —10 м/с, мгновенной скорости в диапазоне 10“3—4-10'1 м/с в частотном диапазоне 1—40 Гц. При уровне собственных шумов в пределах 8-10”4 м/с погрешность измерения составляет 3 % при постоянной времени не более 1 с. Основным препятствием к применению измерителей скорости течений, использующих переменное магнитное поле, является сравнительно большое потребление энергии.