Электромагнитные расходомеры | Использование магнитной силы для измерения расхода жидкости

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой Ультразвуковых Расходмеров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

В этой статье подробно рассматривается принцип работы магметров, различные типы магметров и полезные уравнения для расчета расхода с использованием магметра.

Электромагнитный расходомер, часто называемый «магметром», — это устройство, используемое для измерения расхода токопроводящих жидкостей в трубе. У магметров есть несколько преимуществ, в основном из-за их высокой точности в сочетании с отсутствием движущихся частей. Без отсутствия движущихся частей и минимально инвазивной природы их можно использовать для едких материалов, медленно движущихся материалов, неоднородных жидкостей и сточных вод. Единственное предостережение заключается в том, что любая измеряемая жидкость должна быть электропроводящей.

Как магнитные силы создают ощутимое напряжение?

Все магнитные расходомеры используют руководящий принцип закона индукции Фарадея , который показывает «количественную связь, выражающую, что изменяющееся магнитное поле индуцирует напряжение в цепи».

Этот закон индукции может быть использован для измерения скорости жидкостей, являющихся проводниками, таких как вода, без необходимости в движущихся частях. Это значительно повышает надежность датчиков расходомера по сравнению с другими типами счетчиков.

Существует два основных типа магнитных расходомеров: полнопроходные и погружные. Каждый из них имеет свой набор плюсов и минусов. Но как они на самом деле работают?

Как работает накладной магнитный расходомер?

В магнитном расходомере электромагниты располагаются либо вокруг внешней, либо внутри трубы. Сначала мы сосредоточимся на том типе, который окружает трубу, часто называемом накладными , неинвазивными или полнопроходными магнитными расходомерами . В отличие от вставных расходомеров, они измеряют все поперечное сечение трубы, обеспечивая более высокий уровень точности.

Рисунок 1. Полнопроходные магметры предназначены для измерения всей площади поперечного сечения трубы. Изображение предоставлено McCrometer

Полнопроходные магнитные расходомеры используют внешние электромагнитные катушки для создания магнитного поля вокруг трубы, что позволяет измерять расход без прямого контакта с жидкостью. Такая конструкция полезна для применений, где традиционные линейные магнитометры могут быть нецелесообразны или где желательно минимизировать контакт с жидкостью. Они обычно используются в водоподготовке, химической обработке, а также в пищевой и безалкогольной промышленности.

Расходомер состоит из электромагнитов, окружающих непроводящий участок трубы, которые создают магнитное поле, перпендикулярное направлению потока жидкости, движущейся по трубе.

Кроме того, чувствительные электроды измеряют индуцированное напряжение, создаваемое текущей жидкостью.

Последняя часть представляет собой непроводящую расходомерную трубку, которая необходима для создания надлежащих условий для точного измерения расхода.

Процесс измерения магнитного потока выглядит следующим образом:

1. Магнитное поле создается поперек расходомерной трубки электромагнитами.

2. При движении по трубке проводящая жидкость пересекает линии магнитного поля, разделяя заряженные частицы и создавая напряжение.

3. Электроды улавливают это индуцированное напряжение, которое напрямую связано со скоростью потока жидкости.

Затем индуцированное напряжение, создаваемое жидкостью, можно преобразовать в показания расхода с помощью калибровочной кривой, которая обычно предоставляется производителем для соответствия индивидуальным расходомерам. (См. уравнения ниже)

Как работает магнитно-иммерсионный расходомер?

Погружные расходомеры отличаются от полнопроходных расходомеров, поскольку для точного измерения их необходимо вставлять в трубу. Они часто дешевле и требуют меньше места, чем полнопроходные расходомеры, что означает, что их можно устанавливать в местах, где полнопроходные расходомеры установить сложно.

Вставные магнитные расходомеры могут быть установлены с минимальным вмешательством в систему и обеспечивают возможность технического обслуживания и снятия зонда без необходимости отключения системы.

Рисунок 2. Магнитные расходомеры вставного типа измеряют только часть площади поперечного сечения трубы. Изображение предоставлено McCrometer

Тот же руководящий принцип используется для расходомеров вставного типа, и применяются те же уравнения потока, которые применяются и к полнопроходным датчикам. Разница между ними заключается в том, что вставные счетчики измеряют только определенную часть площади поперечного сечения трубы. Зонд состоит из электродов на противоположных концах чувствительной части устройства. Эти электроды создают между собой магнитное поле, которое затем можно использовать для измерения расхода с использованием руководящих принципов.

Для установки в пластиковые трубы расходомеры часто требуют установки заземляющих колец или зондов в трубу. Это гарантирует, что расходомеры смогут достичь надлежащего заземления для точного измерения жидкости. Чтобы извлечь из трубы, пока система все еще работает, можно использовать изолирующий или перепускной клапан, чтобы удерживать жидкость под давлением в трубе, пока расходомер извлекается для периодической проверки. Расходомеры вставного типа требуют некоторого обслуживания, поскольку они контактируют со средой, протекающей по трубе, тогда как полнопроходные модели имеют довольно длительный срок службы.

Полезные уравнения для расчёта расхода

Основное уравнение для магнитного расходомера выводится из закона электромагнитной индукции Фарадея. Его можно выразить как:

V=k⋅B⋅D⋅v

Где:

V=Индуктивное напряжение

k=Калибровочная константа

B=Напряжённость Магнитного Поля

D=Диаметр Трубы, Расстояние Между Электродами

v=Скорость Измеряемой Среды

После того, как скорость жидкости рассчитана на основе измеренного напряжения, расход Q можно найти с помощью уравнения:

Q=А⋅v

Или, в качестве альтернативы, используя диаметр трубы для определения A:

Q=πD2/4⋅v

Объединение этих соотношений позволяет определить расход на основе индуцированного напряжения, измеренного электродами. Калибровочная константа k необходима для преобразования измеренного напряжения в точный расход.

Измерение расхода с помощью магметров

Все магнитные расходомеры работают по принципам, изложенным в законе Фарадея, независимо от типа конструкции. Различные типы магнитных расходомеров полезны для различных сценариев в зависимости от потребностей приложения. Магнитные расходомеры с зажимом или полнопроходного типа являются наименее инвазивным типом магнитных расходомеров, а магнитные расходомеры погружного типа часто используются в областях, где трудно установить полнопроходный расходомер или его дополнительная стоимость является непомерно высокой. Полнопроходные расходомеры измеряют всю площадь поперечного сечения трубы, а врезные расходомеры способны измерять расход только в части площади поперечного сечения трубы.

Независимо от типа, электромагнитные расходомеры полезны во многих отраслях промышленности и могут предоставить пользователям простой в обслуживании способ измерения расхода токопроводящей жидкости.