اساس کاری فلومتر مغناطیسی چیست و چگونه کار میکنید

فلومتر مغناطیسی چیست؟

فلومترهای الکترومغناطیسی یا فلومتر مگنتی نوعی جریان سنج سرعت یا حجمی هستند که طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی کار می کنند - که بیان می کند زمانی که هادی در میدان مغناطیسی حرکت می کند ولتاژ القا می شود. مغناطیس سنج ها فقط می توانند سرعت جریان سیالات رسانا را تشخیص دهند. طراحی‌های ماگمتر اولیه برای عملکرد خود به حداقل رسانایی سیال 1-5 میکروزیمن بر سانتی‌متر نیاز داشتند. طرح های جدیدتر این نیاز را صد برابر کرده و بین 0.05 و 0.1 کاهش داده اند.

اجزای تشکیل دهنده فلومتر مغناطیسی

فلومتر مغناطیسی از یک لوله غیر مغناطیسی تشکیل شده است که با یک ماده عایق پوشانده شده است. یک جفت سیم پیچ مغناطیسی همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است قرار دارد و یک جفت الکترود به لوله و پوشش آن نفوذ می کند.

فرمول محاسبه فلومتر مغناطیسی چیست؟

اگر یک سیال رسانا از طریق لوله ای با قطر (D) از طریق چگالی میدان مغناطیسی (B) ایجاد شده توسط سیم پیچ ها جریان یابد، مقدار ولتاژ (E) ایجاد شده در الکترودها - همانطور که توسط قانون فارادی پیش بینی می شود - متناسب با سرعت (V) مایع. از آنجایی که چگالی میدان مغناطیسی و قطر لوله مقادیر ثابتی هستند، می توان آنها را در یک ضریب کالیبراسیون (K) ترکیب کرد و معادله به زیر کاهش داد:

E = KV

تفاوت سرعت در نقاط مختلف پروفیل جریان توسط یک فاکتور وزن سیگنال جبران می شود. جبران نیز با شکل دادن به سیم پیچ های مغناطیسی به گونه ای فراهم می شود که شار مغناطیسی در جایی که ضریب وزنی سیگنال کمترین است و بالعکس بیشترین مقدار را داشته باشد.

سازندگان ضریب K هر مغناطیس را با کالیبراسیون آب هر لوله جریان تعیین می کنند. مقدار K به دست آمده برای هر مایع رسانای دیگری معتبر است و در کل بازه قیمت فلومتر مغناطیسی خطی است. به همین دلیل، لوله های جریان معمولاً تنها با یک سرعت کالیبره می شوند. مگمترها می توانند جریان را در هر دو جهت اندازه گیری کنند، زیرا جهت معکوس قطبیت را تغییر می دهد اما نه بزرگی سیگنال را مقدار K به دست آمده با آزمایش آب ممکن است برای سیالات غیر نیوتنی (با ویسکوزیته وابسته به سرعت) یا دوغاب مغناطیسی (آنهایی که حاوی ذرات مغناطیسی هستند) معتبر نباشد. این نوع سیالات می توانند بر چگالی میدان مغناطیسی در لوله تأثیر بگذارند. کالیبراسیون درون خطی و طرح های جبرانی ویژه باید برای هر دوی این سیالات در نظر گرفته شود.

تحریک مغناطیس سنج

ولتاژی که در الکترودها ایجاد می شود یک سیگنال میلی ولت است. این سیگنال معمولاً به یک جریان استاندارد (4-20 میلی آمپر) یا خروجی فرکانس (0-10000 هرتز) در یا نزدیک لوله جریان تبدیل می شود. فرستنده های مغناطیسی هوشمند با خروجی های دیجیتال امکان اتصال مستقیم به یک سیستم کنترل توزیع شده را فراهم می کنند. از آنجایی که سیگنال مگمتر ضعیف است، اگر فرستنده از راه دور باشد، سیم سرب باید محافظ شود و بپیچد.

سیم پیچ های ماگمتر می توانند با جریان متناوب یا مستقیم تغذیه شوند. هنگامی که از تحریک ac استفاده می شود، ولتاژ خط به سیم پیچ های مغناطیسی اعمال می شود. در نتیجه، سیگنال جریان (در جریان ثابت) نیز شبیه یک موج سینوسی خواهد بود. دامنه موج متناسب با سرعت است. علاوه بر سیگنال جریان، ولتاژهای نویز را می توان در حلقه الکترود القا کرد. نویز خارج از فاز به راحتی فیلتر می شود، اما نویز درون فاز مستلزم آن است که جریان قطع شود (با لوله پر) و خروجی فرستنده روی صفر تنظیم شود. مشکل اصلی طراحی های مغناطیسی ac این است که نویز می تواند با شرایط فرآیند متفاوت باشد و برای حفظ دقت، نیاز به صفر کردن مجدد مکرر است.

در طرح های تحریک dc از یک پالس dc با فرکانس پایین (7-30 هرتز) برای تحریک سیم پیچ های مغناطیسی استفاده می شود. هنگامی که سیم‌پیچ‌ها در حالت پالس قرار می‌گیرند (شکل 2)، فرستنده هم سیگنال‌های جریان و هم سیگنال‌های نویز را می‌خواند. در بین پالس ها، فرستنده فقط سیگنال نویز را می بیند. بنابراین، نویز را می توان به طور مداوم پس از هر چرخه حذف کرد.

این یک صفر پایدار را فراهم می کند و رانش صفر را حذف می کند. مترهای dc علاوه بر دقیق تر بودن و توانایی اندازه گیری دبی های کمتر، حجم کمتری دارند، نصب آسان تر هستند، انرژی کمتری مصرف می کنند و مقرون به صرفه ترین نسبت به مترهای ac هستند. یک طراحی جدید dc به طور قابل توجهی از توان بیشتری نسبت به نسل های قبلی استفاده می کند و در نتیجه سیگنال جریان قوی تری ایجاد می کند.

طراحی جدید دیگر از یک طرح تحریک دوگانه منحصر به فرد استفاده می کند که سیم پیچ ها را در 7 هرتز برای پایداری صفر و همچنین در 70 هرتز برای به دست آوردن سیگنال قوی تر، پالس می کند. فرستنده های مگمتر می توانند با برق ac یا dc عرضه شوند. یک فلومتر مغناطیسی دو سیمه با منبع تغذیه dc با طراحی ذاتا ایمن نیز موجود است، اما عملکرد آن به دلیل محدودیت های قدرت کاهش می یابد.

مترهای ac پالسی نیز اخیراً معرفی شده اند که مشکلات پایداری صفر طرح های ac سنتی را از بین می برد. این دستگاه ها حاوی مدارهایی هستند که به طور دوره ای برق متناوب را مختل می کند و به طور خودکار اثرات نویز فرآیند را بر سیگنال خروجی صفر می کند.

امروزه، تحریک dc در حدود 85 درصد از تاسیسات استفاده می شود و مغناطیس های جریان متناوب 15 درصد دیگر را زمانی که با شرایط زیر توجیه می شوند، ادعا می کنند:

هنگامی که هوا در مقادیر زیادی در جریان فرآیند به دام می افتد.
هنگامی که جریان فرآیند دوغاب است و اندازه ذرات جامد یکنواخت نیست و/یا فاز جامد به طور همگن در مایع مخلوط نشده است. یا
هنگامی که جریان در فرکانس زیر 15 هرتز ضربان دارد.
هنگامی که هر یک از سه شرایط فوق وجود داشته باشد، خروجی یک dc متر پالسی احتمالاً نویزدار است. در برخی موارد، با فیلتر کردن و میرایی سیگنال خروجی، می توان مشکل نویز را به حداقل رساند (نوسانات را در 1٪ از نقطه تنظیم نگه دارید). اگر برای از بین بردن نویز به بیش از 1 تا 3 ثانیه میرایی نیاز است، همیشه بهتر است از متر برق استفاده کنید.

لوله های جریان، لاینرها و پروب ها

ابعاد رو به رو لوله های جریان فلنجی (طول لایه) معمولاً با توصیه های سازمان بین المللی استاندارد (ISO) مطابقت دارد. ابعاد ماگمترهای فرم کوتاه معمولاً با این دستورالعمل ها نیز مطابقت دارد. لوله ها و آسترهای جریان مغناطیسی در بسیاری از مواد موجود هستند و به طور گسترده در تمام صنایع فرآیندی از جمله مواد غذایی، دارویی، معدن و فلزات استفاده می شوند.

برخی از مواد آستر (به ویژه PFA) ممکن است در هنگام استفاده از میله‌های پرکننده هنگام نصب آن یا خارج کردن آن از لوله‌کشی فرآیند آسیب ببینند. آنها همچنین می توانند با گشتاور بیش از حد پیچ های فلنج آسیب ببینند. محافظ های لاینر برای کمک به جلوگیری از چنین آسیب هایی در دسترس هستند.

به طور کلی می توان از هر لوله جریانی با هر فرستنده ارائه شده توسط همان سازنده استفاده کرد. بسته به ساخت و ویژگی های آن، هزینه 2 اینچ. فلومتر مغناطیسی می تواند از 1500 تا 5000 دلار متغیر باشد. این هزینه کاهش یافته است، اما هنوز هم بیشتر از ارزان‌ترین سنسورهای جریان است.

فلومترهای مغناطیسی را نیز می توان به عنوان پروب بسته بندی کرد و از طریق شیرها در لوله های فرآیند قرار داد. این پروب ها حاوی الکترودها و سیم پیچ های مغناطیسی هستند. سیال فرآیند جاری ولتاژی را در الکترودها القا می کند که سرعت را در نوک پروب نشان می دهد و نه متوسط سرعت سیال را در سراسر لوله. این مگمترها ارزان و قابل جمع شدن هستند. بنابراین، برای نصب یا حذف آنها نیازی به خاموش شدن فرآیند نیست. دقت اندازه گیری به شدت به رابطه بین سرعت اندازه گیری شده و سرعت متوسط در لوله بستگی دارد.

الکترودها

در لوله های جریان معمولی، الکترودها با سیال فرآیند در تماس هستند. اگر توسط قطره‌ای از پلاتین مایع تولید می‌شوند، آن‌ها می‌توانند قابل جابجایی یا دائمی باشند، زیرا از طریق یک آستر سرامیکی متخلخل می‌شود و با اکسید آلومینیوم ترکیب می‌شود تا یک مهر و موم کامل ایجاد کند. این طرح به دلیل هزینه کم، مقاومت در برابر سایش و سایش، عدم حساسیت آن به تشعشعات هسته ای و مناسب بودن آن برای کاربردهای بهداشتی ترجیح داده می شود زیرا هیچ حفره ای وجود ندارد که باکتری در آن رشد کند. از طرف دیگر، لوله سرامیکی نمی تواند خم شدن، کشش یا سرد شدن ناگهانی را تحمل کند و نمی تواند اسیدهای اکسید کننده یا سوزاننده داغ و غلیظ را تحمل کند.

در طراحی جدیدتر جفت شده خازنی، از الکترودهای غیر تماسی استفاده می شود. این طرح ها از نواحی فلزی استفاده می کنند که بین لایه های مواد آستر قرار گرفته اند. آنها در اندازه های کمتر از هشت اینچ و با آسترهای سرامیکی موجود هستند. مگمترهایی که از این الکترودهای غیر تماسی استفاده می کنند، می توانند سیالاتی را که رسانایی آنها 100 برابر کمتر از مقدار لازم برای به کار انداختن لوله های جریان معمولی است، "خواندن" کنند. از آنجایی که الکترود پشت آستر قرار دارد، این طرح‌ها برای کاربردهای پوشش‌دهی شدید نیز مناسب‌تر هستند.