SILVER AUTOMATION INSTRUMENTS LTD.
PRODUCT_CATEGORY

מאת מדיה
מד זרימה

מהו מד זרימה אלקטרומגנטי?


התפתחות היסטורית של מדי זרימה אלקטרומגנטיים

 Electromagnetic Flow Meters

פאראדיי גילה את האפשרות של כוח אלקטרו-מניע מושרה בשדה מגנטי עבור נוזל נע בשנת 1832, אך רק בשנת 1930 דיווח וויליאמס על הרכיב הראשון הדומה למד זרימה . הפיתוח האמיתי המוקדם ביותר של מדי זרימה אלקטרומגנטיים הגיע מהתחום הרפואי, ורבים מהרעיונות שהוצעו על ידי קולין (1936, 1941) הפכו כיום לפרקטיקות סטנדרטיות. בשנת 1941, ת'ורלמן סיפק לראשונה הוכחה כללית, בהמשך פרק זה (ראה ת'ורלמן, 1955 ושרקליף, 1962 ליסודות נוספים).
- בשנות ה-50 של המאה ה-20, פיתוח מדי הזרימה האלקטרומגנטיים בתעשייה לווה בנקודות הבאות:
- בשנת 1953, בהולנד, נעשה שימוש במדי זרימה של Tobiflux (Tobi, 1953) למדידת משי סינתטי דביק, חול, מים ותרחיף חומצי ;
- לפוקסבורו הוענקו זכויות פטנט בשנת 1952;
- הכלי המסחרי הראשון הופיע בשנת 1954 (בולס ובראון, 1959);
- יישום בכורים גרעיניים;
- העבודה הקשורה שהובילה לפרסום ספר חשוב מאת ג'יי. איי. שרקליף (1962).

עקרון מד הזרימה האלקטרומגנטי

Principle of electromagnetic flow meter

אנו מתחילים באינדוקציה פשוטה של מוליך הנע בשדה מגנטי. כפי שמוצג באיור 1, חוט נחושת החותך מגנט קבוע מייצר קווי אינדוקציה מגנטיים. חוט הנחושת נע במהירות V בכיוון הניצב לקו האינדוקציה המגנטית ולאורך חוט הנחושת, ובכך מייצר כוח אלקטרו-מניע בסדר גודל BlV בשני קצוות חוט הנחושת, כאשר l הוא אורך חוט הנחושת ו-B היא עוצמת האינדוקציה המגנטית.

a wire moves in a magnetic field
איור 1: כאשר חוט נע בשדה מגנטי, נוצר הפרש פוטנציאלים בשני הקצוות.

איור 2 מציג את המאפיינים הבסיסיים של מד זרימה אלקטרומגנטי. הנוזל עובר דרך צינור בעל חתך רוחב עגול, בדרך כלל עם שדה מגנטי הנוצר אנכית על ידי זרם חילופין העובר דרך הצינור. כדי להבטיח שהשדה המגנטי יוכל לעבור דרך הצינור, הצינור עצמו חייב להיות עשוי מחומר לא מגנטי. מהאיור, אנו יכולים לדמיין שחוט הנוזל המשתרע על פני שתי האלקטרודות של הצינור הוא כמו חוט נחושת החותך קווי אינדוקציה מגנטית במהירויות שונות, ובכך מייצר כוח אלקטרו-מניע בשני הקצוות. כדי למנוע קצר חשמלי, הצינור מצופה בחומר בידוד. המתח בנוזל נמדד באמצעות אלקטרודות המותקנות על דופן הצינור.

a wire moves in a magnetic field
איור 2: מד זרימה אלקטרומגנטי פשוט
Three wires move at different speeds in a magnetic field
איור 3: שלושה חוטים נעים במהירויות שונות בשדה מגנטי עם פיזור מרחבי לא אחיד

כפי שמוצג באיור 3, בהנחה שיותר מחוט אחד נע בתוך שדה מגנטי. חוט P נע במהירות V באזור השדה המגנטי החזק B, חוט Q נע במהירות V/2 באותו אזור, וחוט R נע במהירות V באזור השדה המגנטי החלש יחסית B/4. עוצמת האינדוקציה המגנטית שהם מייצרים שונה זה מזה:

P: ΔU p =BIV
Q: ΔU q =BIV/2
R: ΔU R = BIV/4

אם חוטים אלה מחוברים יחד, ייווצר זרם, אך עקב הפרש הפוטנציאל, Δ יקטן עקב הפסדים אוהמיים. אם נחזור לאותו דיון באיור 2, נקבל דיאגרמת פוטנציאל מורכבת וזרם מחזורי. למרות מורכבות ברורה זו, משוואת היישום המעשי של מדי זרימה עדיין פשוטה מאוד במצבים שונים. המתח המושרה בין האלקטרודות הוא:

ΔU EE = BDV m

ביניהם, B הוא עוצמת האינדוקציה המגנטית, יחידה T; D הוא קוטר הצינור, יחידה m; V m
היא מהירות הזרימה הממוצעת בצנרת, יחידה מטר/שנייה. המשוואה הבסיסית של מד זרימה זה משמשת בתנאים הבאים:
· השדה המגנטי אחיד;
· התפלגות המהירות של נוזלים היא סימטרית צירית.
בתכנון מודרני, קשה לעמוד בתנאים הנ"ל. לכן, התכנון התפתח כדי למזער ככל האפשר את השפעת פיזור מהירות הנוזל על אות הפלט, תוך שמירה על מרחק משדה מגנטי חזק ואחיד.

התכווצויות של מד זרימה אלקטרומגנטי

איור 4 מציג את הרכיבים העיקריים של מד זרימה אלקטרומגנטי תעשייתי בעל אלקטרודה נקודתית. מדי זרימה תעשייתיים מורכבים משני חלקים: יחידת חיישן (רכיב ראשי) ויחידת ממיר (רכיב משני).
Main components of industrial electromagnetic flowmeter
איור 4: רכיבים עיקריים של מד זרימה אלקטרומגנטי תעשייתי

חלק החישה כולל צינור מדידה מבודד, חיבור אוגן, סליל המייצר שדה מגנטי ואלקטרודות. בנוסף, בדרך כלל מסופקים אמצעים ליצירת אותות ייחוס פרופורציונליים לשדה המגנטי. עבור מערכות אספקת חשמל AC, בדרך כלל משתמשים בשנאי זרם או בסלילי גילוי; עבור מערכות DC, בדרך כלל נמדד זרם מושרה קבוע.

חלק ההמרה מכונה בדרך כלל ממיר, אשר פועל ל:
1. הגברה ועיבוד של אותות נוזלים;
2. לחסל כוח אלקטרו-מניע תועה;
3. יש לוודא שהממיר אינו רגיש לתנודות מתח ולהפרעות אלקטרומגנטיות;
4. לעמוד ברמת הבטיחות;
5. לתקשר ביעילות עם מחשב הבקרה של המשתמש.

יחידת חיישן של מד זרימה אלקטרומגנטי (רכיב עיקרי)

Electromagnetic flow meter sensor part
חלק חיישן מד זרימה אלקטרומגנטי

כדי להבטיח שהשדה המגנטי יעבור דרכו, צינור המדידה (ראה איור 5) הוא בדרך כלל לא מגנטי. קוטרו עשוי להיות 2~3000 מ"מ, דרישה רגילה היא מד זרימה בגודל 2 אינץ', מד זרימה בגודל 3 אינץ' , מד זרימה בגודל 4 אינץ', מדי זרימה בגודל 8 אינץ' וכן הלאה. טווח הזרימה שהוא יכול לעבור דרכו יכול להיות 0~28500 מ"ק/שעה או יותר. המשטח הפנימי של הצינור מבודד כדי למנוע קצר חשמלי. האלקטרודות ממוקמות בשני קצוות הקוטר, והחיבור שלהן ניצב לקו האינדוקציה המגנטית. אלקטרודות הן בדרך כלל קטנות מאוד (בקוטר של 5~20 מ"מ) ולפעמים מכונות אלקטרודות נקודתיות או אלקטרודות כפתור. בעיצובים מסוימים, ישנן גם אלקטרודות גדולות שיכולות להיות בעלות קשת של 90 מעלות ואורך קרוב לקוטר.

טבלה 1 מציגה כמה חומרי בידוד אופייניים, אשר נוצרים לעתים קרובות סביב מקטעי צינור ומשולבים עם חיבורי אוגן. מהירות זרימה מוגזמת (גדולה מ-4 מטר/שנייה) עלולה לגרום לבלאי, וניתן להשתמש בהגנה מפני ציפוי (Ginesi and Annarummo, 1994). בעבר, טבעות הארקה שימשו כנקודות ייחוס למדידת אלקטרודות בצנרת מרופדת או לא מוליך. בכמה עיצובים, ייתכן שלוח הייחוס או האלקטרודה לא יהיו מוארקים. עקב הזרם הנישא על ידי הנוזל, הוא יזרום לקרקע דרך הארקה ויגרום נזק לזרם. במקרה זה, ניתן לגרום לפוטנציאל המכשיר לצוף, וניתן להבטיח את בטיחות המכשיר באמצעות ממיר בידוד.
Magnetic flow meter Test Tube
איור 5: מבחנה של מד זרימה מגנטי

Table 1 Lining Materials and Their Temperature Limits (to be verified with the manufacturer)
Material Application Temperature limit/℃
Natural rubber Prevent wear and chemical substances. -20~70
Chloroprene rubber Under oil and grease conditions, it can effectively prevent wear and chemical corrosion. 0~100
Teflon Hard rubber Prevent adhesion and chemical corrosion. 0~90
Fluorocarbon Polyurethane Artificial rubber Slurry
Polyurethane Prevent wear and impact. -50~70
Polytetrafluoroethylene (PTFE) Wear resistant, chemical resistant,suitable for food. -50~200
Ceramic 99.9% alumina (Al₂O₃) and ceramic metal (Pt-Al₂O₃) electrodes,sintered together


חומרי אלקטרודה ועיצוב במדי מגנט למדידת נוזלים

עיצוב מד זרימה מגנטי נוזלי

האלקטרודה עוברת בדרך כלל דרך הציפוי הפנימי של הצינור ובאה במגע עם הנוזל. האלקטרודה היא בדרך כלל בורג בעל ראש כדורי שעובר דרך חומר הציפוי הפנימי ולבסוף מחובר לבורג באמצעות חוט חשמלי. עקב המגע בין האלקטרודות לנוזלים, יש לבחור בקפידה את חומרי האלקטרודה. חלק מהחומרים המשמשים הם פלדת אל-חלד לא מגנטית (נוזלים קורוזיביים), סגסוגת פלטינה אירידיום, מונל, טנטלום, טיטניום, זירקוניום (לנוזלים קורוזיביים) ו-Hastelloy-C. פלדת אל-חלד מומלצת גם לשימוש במדידת בוץ, כמו גם ציפוי קרמי ושילובי אלקטרודות.

אלקטרודות למד זרימה מגנטי בתעשיית עיסת הנייר

בעיסת נייר וביישומים אחרים, נייר או חומרים אחרים עלולים להתנגש באלקטרודות ולגרום לרעש. לדברי יצרן, כיסוי האלקטרודות בקרמיקה נקבובית עשוי להפחית השפעה זו. יש צורך במדי זרימת תרחיף .

עקב המגע בין אלקטרודות לנוזלים, נעשה שימוש בשיטות שונות לניקוי אלקטרודות. ביניהן:
• ניגוב (ניתן להעביר מגרד או מברשת דרך מרכז האלקטרודה כדי לנגב את המשטח) (רוז וואס, 1995);
• התכה (ניתוק חיבורים אלקטרוניים אחרים והסרת משקעים על פני האלקטרודה בעזרת זרם גדול מספיק);
• ניקוי אולטרסאונד (שימוש בגלי אולטרסאונד להרטת אלקטרודות ולגרימת קוויטציה מקומית להשגת מטרות ניקוי);
• אלקטרודות ניידות;
• אלקטרודות דמויות כדור.

יש לקבוע את שיטת בחירת האלקטרודות הנקיות בהתבסס על מאפייני המשקע. במקרים רבים, אלקטרודות נוטות לנקות את עצמן: כאשר נוזל עובר דרך האלקטרודה, המשקע מוגבל, ומוליכות הציפוי על המשטח הפנימי של המכשיר יכולה להיות נמוכה מזו של רוב הנוזלים. במערכות DC מודרניות, עכבת הקלט יכולה להיות גדולה מספיק כדי להתעלם מהשפעת המשקע. עם זאת, עכבה גבוהה יכולה לגרום לרעש תרמי באות האלקטרודה. לכן, למרות שעכבה גבוהה פירושה חוסר שגיאה שיטתית, חזרתיות המכשיר תפחת.

שדה מגנטי נוצר בדרך כלל על ידי קבוצה של סלילים ומוטות מגנטיים מוערמים. צריכת החשמל האופיינית שלו הייתה בעבר 10~100 וואט, אך כיום היא יכולה להגיע עד ל-0.5 וואט. מאז השימוש בסוללות בעלות חיים ארוכים, צריכת החשמל הנמוכה ביותר יכולה להיות נמוכה בהרבה מ-0.5 וואט.

כתוצאה משימוש בעירור AC, נוצר אות השראות הדדית עקב השדה המגנטי המשתנה בלולאה שנוצרת על ידי שילוב של מוליך אלקטרודה ונוזל. איור 7 מציג מוליך בעל תצורה גרועה ואת האזור שנוצר הקשור לשטף המגנטי המשתנה. אזור זה אינו צריך להיות גדול במיוחד כדי לייצר אות דומה לרמזור תנועה. האות שלו אורתוגונלי (עם הפרש פאזה של 90° מאות הזרימה), בקירוב מתח אורתוגונלי ~2πfBA

ביניהם, f הוא התדירות, B הוא עוצמת האינדוקציה המגנטית, ו-A הוא שטח לולאת הפעולה המוקרנת בכיוון השדה המגנטי. לדוגמה, אם f הוא 50 הרץ, B הוא 0.02 T, ו-A הוא 1 סמ"ר, המתח האורתוגונלי הוא כ-0.6 מיליוולט. עם זאת, האות שנוצר על ידי תנועה במהירות של 5 מטר/שנייה בצינור בקוטר 0.1 מטר הוא 10 מיליוולט. זווית הפאזה של המתח האורתוגונלי סוטה ב-90 מעלות ונצרכת כאובדן ברזל במעגל המגנטי, שלא ניתן להפחיתו על ידי תכנון מכני או מעגלים אלקטרוניים. השימוש בעירור DC יכול לפתור בעיה זו על ידי מדידה ישירה של אות הזרימה כאשר השדה המגנטי נשאר קבוע למשך פרק זמן מסוים. עם זאת, ישנן גם בעיות אחרות, הדורשות מתח גדול כדי להתגבר במהירות על השראות הסליל וליצור שדה מגנטי, ולאחר מכן לשמור על יציבות למדידת זרימה.

התקנת רכיב לא צריכה לגרום לחריגה מלחץ הצינור, ויש לוודא שהצינור מלא בנוזל. בדרך כלל, בעת התקנת קטע צינור המדידה, חיבור האלקטרודה צריך להיות במישור אופקי כדי למנוע קצר חשמלי של האלקטרודה כאשר מופיעות בועות בחלק העליון של הצינור.

רוב צינורות המדידה עשויים מפלדת אל-חלד, המאפשרת מעבר של שדות מגנטיים. הלחץ המרבי שהחיישן יכול לעמוד בו הוא 1000 בר.

התכנון צריך לכלול גם אפשרויות לשימוש בסביבות קשות ומסוכנות.

Magnetic field coil and yoke

איור 6: סליל ועול של שדה מגנטי

Relationship between magnetic field and signal leads
איור 7: הקשר בין שדה מגנטי ומוליכי אות

משדרים של מד זרימה Mangetic (רכיב משני)

Transmitters of electromagnetic flow meters
משדרים של מדי זרימה אלקטרומגנטיים

כיום, סוגים רבים של משדרי זרימה אלקטרומגנטיים יכולים להשיג את הפונקציות הנדרשות כמד זרימה דיגיטלי . סוג התקשורת בעל אורך החיים הארוך ביותר בו נעשה שימוש הוא 50 הרץ או 60 הרץ. הסיבה לכך היא שספק הכוח העיקרי הוא 50 הרץ או 60 הרץ, ובתדר זה, אותות השדה המגנטי והזרימה גם חזקים. אך חלק מהעיצובים החדשים והנפוצים משתמשים בגלים מרובעים בתדר נמוך עם מצבים שונים, מה שגורם לאות האורתוגונלי להיחלש לפני שאות הזרימה נאסף. לסוג עירור הגל המרובע (עירור DC) המוזכר כאן עשויים להיות שמות רבים ושונים בהתאם ליצרן (Brobeil et al., 1993). יש להשתמש במונח 'סוג DC' בזהירות, מכיוון שמכשירים מוקדמים השתמשו בסוג DC אך לא צלחו. בתכנון DC, עוצמת השדה המגנטי קטנה יחסית, אך הרעש האלקטרוני וההשפעות האלקטרומכניות בבוץ זהים לאלו בתכנון AC. לכן, למכשיר DC שתוכנן לאחרונה יהיה מודול הספק מיוחד בעל הספק גבוה כדי לפתור בעיה זו.

בונפיג ואחרים (1975) תיארו את אחד מתכנוני הזרם הישר המוצלחים הראשונים, המכונה שדה זרם ישר מרכזי. האפנר (1985) תיאר מערכת נוספת הנקראת זרם ישר ממותג, בעלת פונקציות כגון הפחתת רעש (מיגון אקטיבי ופסיבי), פעילות אלקטרוכימית, איפוס מחזורי של מגבר, דגימת אותות מרובה, תדר רכישה גבוה יותר (עד 123 הרץ), סינון דיגיטלי ושימוש במעגלי ניתוח רעשי זרימה. השימוש בצריכת אנרגיה נמוכה בתכנון (הפחתה ל-1.5W, עם גודל ומשקל מופחתים) עומד בדרישות הבטיחות הטבועה והנעת סוללה. בקרת המיקרו-מעבד מספקת גם זיהוי עצמי, פיצוי טמפרטורה, כלים ראשוניים ומשניים הניתנים להחלפה ופונקציות אינטראקטיביות. בנוסף, האלקטרודה מספקת גם פונקציות הארקה ובדיקת צינורות אוויר. הרצוג ואחרים (1993) חקרו תכנוני זרם ישר ממותג עם נקודת ייחוס אלקטרונית במחזור אחד ודנו בשימוש באלקטרודה שלישית בצנרת מלאה חלקית.

AC SystemConversion Circuit Diagram
איור 8: תרשים מעגל המרת מערכת AC

אות הפלט הוא בדרך כלל 0~10mA או 4~20mA. הוא יכול לספק שניים עד שלושה כפתורי כוונון טווח כדי לעמוד בקריאת טווח מלא של נוזלים בקצבי זרימה של 1~10m/s. אבל עכשיו, הם הוחלפו בטכנולוגיית מיקרו-מעבד. באמצעות מכשירים חכמים/אינטליגנטיים כדי להתאים אוטומטית את טווח אות הפלט, יש לו פונקציית שידור דיגיטלית וטווח גדול יותר.


איור 8 מציג תרשים בלוקים טיפוסי של מעגל AC. המפענח מבטל את המתח האורתוגונלי דרך אות הייחוס, ומעגל ה-AC מקבל את היחס בין אות הזרימה לאות הייחוס.

דיאגרמת הבלוקים באיור 9 (א) היא שיטה אופיינית המאומצת במערכות DC. כפי שמוצג באיור 9 (ב), הדגימה בזמן τn, τn+1 ו-τn+2 מגבירה את סחף הבסיס של אות הגל המרובע הנגרמת על ידי השפעות אלקטרוכימיות ואפקטים אחרים, כך שסביר בבירור להשתמש בשלוש נקודות דגימה.

סחיפה אפסית עשויה להופיע בחלק מהמכשירים, אך היא בדרך כלל חלשה. היא עלולה להיגרם עקב חוסר יכולת לדכא לחלוטין מתחים בלתי צפויים, במיוחד מתחים אורתוגונליים. למרות ששיטת הניתוק מאומצת בקצבי זרימה נמוכים, מערכת הזרם הישר טוענת לפתור את בעיית סחיפה אפסית בשלב זה, אך קשה לאשר זאת. ניתוק תעבורה נמוכה מוגבל בדרך כלל ל-1% מטווח הגבול העליון (Ginesi and Annarummo, 1994) או אולי נמוך יותר.

אי הוודאות הכוללת של הממיר היא 0.2% עבור מגוון רחב של מתחים ראשיים, אותות אורתוגונליים, תנודות טמפרטורה וכו'. הוא יכול גם למדוד אותות מיקרו-זרימה בדיוק נמוך.

Schematic diagram of transmitter circuit for DC system
איור 9: תרשים סכמטי של מעגל משדר עבור מערכת DC
(א) מסלול; (ב) אות מדידה

ממירים מסחריים למדי זרימה מגנטיים יספקו:
- זמן התגובה להוראות הוא 0.1 שניות;
- יחס טווח: מקסימום 1000:1;
טווח זרימה: מרווח של 0.005~113000 מ"ק/שעה;
- נפח זרם יתר של דופק יחידה: 0.01 ~ 10 ליטר / דופק.

המאפיינים שסיפק היצרן כוללים:
- כבלים דו-פאזיים בעלי בטיחות מובנית משמשים לאספקת חשמל ולהעברת אותות של חיישנים;
- לממש שידור אותות דיגיטלי על ידי ויסות אותות אנלוגיים באמצעות תקשורת;
- הגנה בין רכיבים, הגנה IP65 לממירים;
- תדר כפול (ראה איור 10) מועיל הן לתדרים גבוהים והן לתדרים נמוכים: עיבוד אותות בנפרד לפני מיזוג תדרים יביא ליציבות זרימה נמוכה ורעש נמוך;

Schematic diagram of dual frequency working circuit
איור 10: תרשים סכמטי של מעגל עבודה בעל תדר כפול
(מקור מורשה על ידי Yokogawa Europe BV)

- שידור ללא הפרעות;
- בדיקה עצמית או הגדלת נתוני גילוי;
- גלאי תנועה אווירית, המשתמש באלקטרודות כדי לחוש את מצב התנועה האווירית ולהשמיע אזעקה (Ginesi and Annarummo, 1994);
- אלקטרודת הארקה;
- גילוי זיהום של האלקטרודה הראשית;
- מדידת נוזל דו-כיווני באמצעות מעגלים מתאימים;
- כוונון טווח אוטומטי.

מעגלים משולבים ספציפיים ליישום (ASICs) יכולים לספק פונקציות כגון מערכות בדיקה אוטומטיות לגילוי זרימה הפוכה של נוזלים ותקלות אחרות, אזעקות, טווח כפול ותקשורת ממשק מסוימת (Vass, 1996).

כיול ותפעול של מד זרימה מגנטי

SHD series Electromagnetic flow meter calibration workshop
סדנת כיול מד זרימה אלקטרומגנטי מסדרת SHD

עקב ההבדלים בין מכשירים שונים בתהליך ייצור מדי הזרימה, יש צורך לכייל מדי זרימה אלקטרומגנטיים, דבר שבדרך כלל נעשה על ידי יצרן מדי הזרימה. לדוגמה, יצרן מדי זרימה מגנטיים מספק מכשיר סטנדרטי עם 13 נקודות כיול, המכונה בדרך כלל כיול רטוב. כיול יבש מתייחס לכיול של מדי זרימה אלקטרומגנטיים על ידי מדידת שדות מגנטיים כדי להפיק אותות נוזל. הקשר בין השדה המגנטי בנקודה ספציפית לבין כל טווחי המכשיר אינו פשוט כמו משוואה (12.2), מה שאומר שיש להתייחס לזהירות לכל כיול יבש נוכחי.

פעולתו של מד הזרימה האלקטרומגנטי לא אמורה להיות מושפעת ממוליכות הנוזל, ולכן מוליכות הנוזל צריכה להיות זהה בכל שטח מד הזרימה. בהנחה שהמוליכות גדולה מספיק כדי להפוך את עכבת המוצא של הרכיב העיקרי לפחות לשני סדרי גודל קטנים יותר מעכבת הקלט של הרכיב המשני. יתר על כן, שינויים משמעותיים במוליכות יכולים לגרום לשגיאות נקודת אפס במדי זרימה אלקטרומגנטיים AC. למרות שחלק מהאנשים מאמינים שסוג פולס DC אינו מושפע משינויים במוליכות מעל סף מסוים (Ginesi and Annarummo, 1994), יצרן אחד עדיין מחזיק בדעה הפוכה, ומאמין שיש להשתמש בסוג AC למדידת זרימה דו-כיוונית, בוץ, נוזלים בעלי מוליכות נמוכה וזרימות לא אחידות עם מוליכות משתנה במהירות. בכל מקרה, הפיתוח המתמשך של סוג DC יבטיח שהוא מתאים באותה מידה למצבים הנ"ל.

ניתן לבטא בקירוב את עכבת המוצא של רכיב כ-

R≈1/dσ(Ω)

כאשר d הוא קוטר האלקטרודה ו-σ היא המוליכות.
ניתן לקבל את העכבה האופיינית של מכשיר בקוטר אלקטרודה של 0.01 מטר ממשוואה (3), כפי שמוצג בטבלה 2.

Table2 Output resistance of instrument measuring tube with electrode diameter of 0.01m

Liquid conductivity Resistance
S/m μS/ cm Ω
The best electrolyte About 10² About 10⁶ 1
Seawater About 4 About 4×10⁴ 25
Tap-water About 10⁻² About 10² 10000
Pure water 4×10⁻⁶ 4×10⁻² 25 000 000

רכיב משני טיפוסי עם עכבת קלט של ‎20 × 10⁶/Ω יכול להתאים למוליכות של שלושת הנוזלים הראשונים בטבלה 2, אך אינו יכול להתאים לאחרון. יצרנים יגבילו את הערך המינימלי של המוליכות עבור מכשירים בגודל ספציפי. לדוגמה, עבור אלקטרודות בקוטר של 25~100 מ"מ, מקובל שתהיה מוליכות נמוכה עד ‎20 μS/cm, אך לפחות יצרן אחד יכול לספק הפחתת מוליכות של ‎0.05 μS/cm.

עקב שיבוש הרציפות החשמלית ואחידות המוליכות, כמו גם אי הוודאות של האובייקט הנמדד, נוכחות גז בנוזל תגרום לשגיאות. מדי זרימה צריכים לפעול בתנאים שבהם ניתן להתעלם מגורמים אלה.

seawater flow rate by magnetic meter
מד זרימה מגנטי מודד את קצב זרימת מי הים

היכן משתמשים במד זרימה אלקטרומגנטי?

מדי זרימה אלקטרומגנטיים נמצאים בשימוש נרחב במדידת זרימת נוזלים. הם מתאימים מאוד לכל נוזל מוליך וכמעט תמיד מצליחים ביישומיהם. מומחה תעשייתי אמר פעם שהבעיה היחידה שנתקל בה הייתה מדידת אבקת סוכר גבישית, והסיבה לכשל עשויה להיות בעיות נוזלים או חוסר תאימות. אם הם מיושמים למדידת זרימה דו-פאזית או רב-פאזית, שבה רכיבים רציפים חייבים להיות מוליכים, האות נוצר על ידי מהירות הרכיב. אם הם מיושמים על מתכות נוזליות, עקרונותיהם הפיזיקליים יהפכו למורכבים יותר.

conductive liquid flow meters
מגמטר מתאים מאוד לכל נוזל מוליך

היישומים של מדי זרימה אלקטרומגנטיים כוללים נוזלים צמיגים, כימיקלים קורוזיביים, תרחיפים שוחקים ונוזלי הפעלה עם יכולות הפעלה וכיבוי, אך צינור הזרימה צריך להיות מלא (יש יצרנים שמספקים דגמים שיכולים למדוד זרימה שאינה מלאה בצינור), והאלקטרודות לא צריכות להיות קצרות על ידי בועות (Ginesi and Annarummo, 1994). במידת האפשר, צינור המדידה צריך לזרום כלפי מעלה בשלב זה. אם מדובר בצינור אופקי, האלקטרודה צריכה להיות בכיוון הקוטר האופקי. אם המכשיר מותקן במיקום נמוך יותר בצינור, יש לנטר אותו כדי לבחון אם בוץ או נוזלים אחרים יידבקו לאלקטרודות. לחיבורים יש מוליכות שונה מתכונות הנוזל והם יכולים ליצור שכבה מוליכה חלקית כדי לשנות את הקוטר הפנימי והאורך של המכשיר. אם מהירות המכשיר נשמרת מעל 2~3 מטר/שנייה, ההסתברות לשקיעה תפחת. אלקטרודות בצורת חרוט יכולות גם להפחית שקיעה וניתן להשתמש במערכות ניקוי אלקטרודות. נוזלים לא ניוטוניים עשויים לשנות את התגובה. בוץ עמיד בפני שחיקה עלול לגרום לבלאי של ציפוי ליד כיפופים בצינורות, והגנה על הצינור יכולה להפחית את הבלאי. הנוזל המשמש לניקוי חייב להיות תואם לנוזל העבודה. תוספים עלולים גם לגרום למוליכות לא אחידה.

corrosive liquid measurement by Magnetic flow meter
מד זרימה מגנטי מודד נוזל קורוזיבי

טכנולוגיית תמריצים לתקשורת הייתה מתאימה שוב למדידת יישום בוץ הנושא כמות גדולה של גז. בוץ זה אינו אחיד, עם כמות גדולה של חלקיקים מוצקים בגודל לא סדיר או נטייה ליצור גושי בוץ, המלווים בזרימה פועמת. כ-15% מהזרימות התעשייתיות סובלות ממצב זה, כולל עיסת וטיט. ביישומים אלה, טכנולוגיית פעימות DC הפכה בהדרגה לבחירה חשובה להחלפת טכנולוגיית AC.

במד הזרימה החדש, יבוטלו השפעות הפרעות תדר רדיו (RFI). על פי הוראות היצרן, כבלי האות חייבים להיות מוגנים ומחוברים להארקה. רוז וואס (1995) דנו ביישום טכנולוגיית מדי הזרימה האלקטרומגנטיים בתהליכים תעשייתיים מורכבים יותר:
כִּימִי:
· חומצה, אלקלי , פולימר , קרם וגומי
תרופות:
· ציפוי בהתזה, תיבול, מוצרים רפואיים ובריאותיים
כרייה ומינרלים:
· תרחיף עפרות ברזל, פיריט, מגנטיט, פיריט, נחושת, אלומינה
אוכל ומשקאות:
· בירה, סודה, משחת שיניים, חלב, גלידה, סוכר, מיץ
מים ופסולת:
· מים, שפכים , ביוב, בוצה, נוזלי עיכול

Wastewater flow measured by magmeter
זרימת שפכים נמדדת על ידי מגמטר

עיסת נייר:
נוזלים שחורים ולבנים, חומרי גלם חומים, כימיקלים להלבנה, תוספים

מפעל לעיבוד דלק גרעיני:
נוזלים רדיואקטיביים ולא רדיואקטיביים (פינליסון, 1992)

דוחות ספרות עדכניים על יישומים כוללים:
·ניתן להשתמש בו לטיפול בבעיות בזרימת ביסמוט עופרת נוזלית (Kondo and Takahashi, 2005);
·לנטר את ביצועי המשאבה (אנון, 2002);
· מדידת זרימת תרחיף באמצעות אלקטרודות קיבוליות (Okada et al., 2003);
· ניטור שפכים (Kwietniewski and Mizstka Kruk, 2005);
· סילוק אשפה רציף: צינורות זיקוק, צינורות ניפוח וצינורות מיחזור (Okada and Nishimura, 2000);
·זרימת קידוח (ארנולד ומולץ, 2000);
מדידה מדויקת של ייצור אלקילט וחומצה גופרתית (דאן ואחרים, 2003).

עבור רשימה זו, ייתכן שיהיה צורך להוסיף גם סיגים, צמנט, תרחיף (חומרים שוחקים), ריאגנטים לטעינת תנור ויישומים מיוחדים כגון מהירות אולטרה-נמוכה, הובלה עסקית, נוזלים עם מעקב קיטור, נוזלי תנור התכה, מיצוי ונוזלים קורוזיביים.

בתנאי מדידה בתדר גבוה (120 מדידות לשנייה), מדי זרימה AC יכולים למדוד את קצב הזרימה של משאבות.

חלק מהיצרנים מספקים מדי זרימה אלקטרומגנטיים במידות של 2~25 מ"מ למדידת חלב. היצרנים מספקים גם מכשירים בגדלים ספציפיים לשימוש במוצרים היגייניים וכימיים יומיומיים, בהם ניתן להשתמש בתהליכי ייצור המוני במהירות גבוהה עם שיעור חזרתיות של עד 0.2%.

מהם היתרונות של שימוש במדדי זרימה אלקטרומגנטיים?

1. תיאוריה מציעה שתגובתם של מדי זרימה אלקטרומגנטיים היא ליניארית (למעט השפעת התפלגויות מהירות זרימה שונות), והסיבה היחידה לכך שהמכשיר אינו יכול להציג זרימה אפס היא סחיפה אפסית. זהו אחד המכשירים הבודדים שיכולים להשיג פונקציה כזו, אך הוא נשפט באופן לא הוגן מכיוון שעדיין ניתן לצפות בסחיפה אפסית. עיצובים מודרניים משתמשים לעתים קרובות בקיצור טווח זרימה נמוך כדי להימנע מבעיה זו.

2. זרימה בלתי ניתנת לעצירה היא בעלת הערך הרב ביותר, במיוחד כאשר הנוזל מכיל מוצקים או כאשר מעבר דרך מכשולים עלול לפגוע בתעלת הזרימה.

Full bore design Magnetic flow meter
מד זרימה מגנטי, עיצוב בקוטר מלא מבטיח זרימה בלתי ניתנת לעצירה

3. אין חלקים ניידים.

4. הרגישות של רכיבי הצינור במעלה הזרם דומה למדי זרימה אחרים, רק חלשה יותר ממדי זרימה נפחית, מדי זרימה קוריוליס או מדי זרימה אולטרסאונד עם שתי אלומות קול או יותר.

מהם החסרונות של שימוש במדדי זרימה אלקטרומגנטיים.

החיסרון העיקרי שלו הוא שהוא מוגבל למדידת נוזלים מוליכים. למרות שלמעבדה יש תכנונים לנוזלים לא מוליכים (שמן שנאים או סולר), רק תכנון או שניים מסחריים ניסו לעשות זאת.

במשך תקופה מסוימת, היו שחשבו שרגישות להפרעות במעלה הזרם היא חולשה, אך ייתכן שזו אחת מיתרונותיה. בהשוואה למדי זרימה אלקטרומגנטיים, רק מעט מדי זרימה מושפעים פחות מהתפלגות מהירות הזרימה במעלה הזרם במהלך הפעולה. חיסרון נוסף שמוזכר לעתים קרובות הוא אפס סחיפה, שכן נמצא כי עיצובים מוקדמים מייצרים שגיאות משמעותיות בקצבי זרימה נמוכים במיוחד. שוב, יש לציין כי לא ניתן להשתמש במד זרימה מחוץ לטווח או בקצבי זרימה נמוכים מהאפשרי. למעשה, לפחות מד זרימה אלקטרומגנטי מסחרי אחד טוען ליחס טווח של 1000:1.
  • מד זרימה אלקטרומגנטימד זרימה אלקטרומגנטי2017/04/12קנו מד זרימה אלקטרומגנטי איכותי מסין בייצור במחיר נמוך וזמן אספקה מהיר. קבל עכשיו את עלות מחיר המגזין מ- SILVER AUTOMATION INSTRUMENTS.view
  • מד זרימה אלקטרומגנטי מסוג הכנסהמד זרימה אלקטרומגנטי מסוג הכנסה2019/06/27מד הזרימה האלקטרומגנטי של בדיקת ההכנסה מתאים לגודל הצינור מעל 8 אינץ '; זה פיתרון אידיאלי למדידת זרימת נוזלים מוליכה בגודל צינור גדול, כגון פסולת, מים ניידים ...view
  • סדרת SHD מד זרימה אלקטרומגנטי המופעל על ידי סוללותסדרת SHD מד זרימה אלקטרומגנטי המופעל על ידי סוללות2018/07/05שאלה 1 מד הזרימה המגנטי של סדרת SHD המופעלת על ידי סוללה יכול גם להיות בעל ספק כוח חיצוני של 12 וולט או 24 וולט DC?view
  • מד זרימה מגנטי סניטרימד זרימה מגנטי סניטרי2018/11/21SHD-SE13 חיישן מגמטר הוא מכשיר למדידת זרימת סוג סניטריים. הוא יכול למדוד מי ברז, רסק עגבניות, ביצה נוזלית, מולסה, מיץ, חומץ וכן הלאה אשר נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות עיבוד מזון, בירה ותרופות.view
  • מד זרימה מגנטי עם זרימה נמוכהמד זרימה מגנטי עם זרימה נמוכה2019/07/11מטר מג 'זרימה נמוכה יכול להתמודד עם זרימת נוזלים נמוכה עד 0.33 ל"פ (0.09GPM), גודל חיישן הזרימה המגנטי המיני שנוכל לספק הוא 1/8 ", 1/4", 3/8 ", 1/2", 3/4 ”. מיקרו זרימת מדי זרימה מגנטית נמצאים בשימוש נרחב ...view
  • מד זרימה מגנטי של Slurryמד זרימה מגנטי של Slurry2018/11/21מד זרימה מגנטי של סדרת SHD-SE16 מיועד למדידת זרימה ביישומי slurry עם רעש גבוה; חיישני זרימה לבוצה, slurries ומוצקים.view
Email
WhatsApp
Inquiry