Lưu lượng kế điện từ hoạt động như thế nào? Nguyên tắc, lắp đặt và lựa chọn

Lưu lượng kế điện từ - còn được gọi là lưu lượng kế từ tính hoặc lưu lượng kế từ tính - đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng dẫn điện trong một đường ống đầy. Bạn sẽ tìm thấylưu lượng kế điện từtrong xử lý nước và nước thải, xử lý hóa chất, thực phẩm và đồ uống, bột giấy và giấy cũng như dây chuyền sản xuất bùn khai thác mỏ. Lý do mà các kỹ sư hướng tới là thực tế: không có bộ phận chuyển động nào trong đường dẫn dòng chảy nên đồng hồ đo tiếp tục đọc các chất lỏng bẩn, mài mòn hoặc ăn mòn có thể làm tắc nghẽn hoặc làm hao mòn đồng hồ cơ học - với điều kiện chất lỏng dẫn điện và đường ống luôn đầy.

Hướng dẫn này trước tiên giải thích nguyên tắc hoạt động, sau đó cho biết nguyên tắc đó quyết định vị trí phù hợp của đồng hồ đo từ, cách lắp đặt và những điều cần xác nhận trước khi bạn mua.

Tóm lại:Máy đo lưu lượng từ áp dụng định luật cảm ứng Faraday. Chất lỏng dẫn điện đóng vai trò là chất dẫn điện chuyển động; khi nó đi qua một từ trường bên trong đồng hồ, nó tạo ra một điện áp nhỏ tăng và giảm theo tốc độ dòng chảy. Các điện cực trong thành ống sẽ nhận điện áp đó và do đường kính lỗ khoan cố định nên bộ truyền chuyển đổi vận tốc thành lưu lượng thể tích. Nó chỉ hoạt động khi chất lỏng dẫn điện và đường ống đầy.

Lưu lượng kế điện từ là gì?

Lưu lượng kế điện từ là một dụng cụ đo lưu lượng thể tích cho chất lỏng dẫn điện. Thay vì rôto, bánh răng, tua-bin hoặc vật cản trong đường ống, nó sử dụng từ trường và một cặp điện cực để phát hiện chuyển động của chất lỏng. Bản thân chất lỏng là chất dẫn chuyển động: khi nó chảy qua từ trường bên trong thân đồng hồ, nó tạo ra một điện áp nhỏ, đồng hồ đo sẽ đọc và chuyển đổi thành vận tốc. Vì đã biết đường kính lỗ khoan nên máy phát sẽ tính toán lưu lượng thể tích.

Dụng cụ tương tự có nhiều tên gọi là - lưu lượng kế điện từ, lưu lượng kế từ tính, đồng hồ đo từ trường, từ kế và-đồng hồ đo lưu lượng chất lỏng dẫn điện. Tất cả đều mô tả cùng một nguyên tắc đo lường.

Nguyên lý làm việc của lưu lượng kế điện từ (Định luật Faraday)

Nguyên lý làm việc dựa trênĐịnh luật cảm ứng điện từ Faraday: Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường thì sẽ xuất hiện một điện áp trên dây dẫn đó. Trong đồng hồ đo từ, dây dẫn không phải là thanh kim loại - mà là chất lỏng dẫn điện chuyển động qua ống đo.

Điện áp cảm ứng tỷ lệ thuận với vận tốc trung bình của chất lỏng. Dòng chảy nhanh hơn tạo ra tín hiệu mạnh hơn; dòng chảy chậm hơn tạo ra dòng chảy yếu hơn. Mối quan hệ đơn giản hóa là:

Điện áp cảm ứng=cường độ từ trường × khoảng cách điện cực × tốc độ dòng chảy

Hai trong số ba thuật ngữ đó được cố định bởi thiết kế của đồng hồ. Cường độ trường được giữ không đổi bởi thiết bị điện tử truyền động và khoảng cách điện cực được thiết lập bởi ống. Điều đó khiến vận tốc trở thành biến duy nhất mà đồng hồ phải phân giải -, đó chính xác là những gì điện áp mang lại cho nó.

Tại sao chất lỏng phải dẫn điện

Định luật Faraday chỉ tạo ra tín hiệu hữu dụng nếu dây dẫn chuyển động thực sự dẫn điện. Trong chất lỏng, độ dẫn điện đến từ các ion hòa tan - muối, axit và khoáng chất. Nước máy, nước thải và hầu hết các giải pháp xử lý đều mang đủ ion để đo lường dễ dàng. Dầu, khí, hơi nước và nước siêu tinh khiết hoặc nước khử ion thường không có. Để biết thông tin cơ bản về những gì làm tăng hoặc giảm độ dẫn điện,Giải thích của USGS về độ dẫn điện trong nướclà lớp sơn lót trong suốt, nhưng con số thực sự quan trọng để lựa chọn là độ dẫn điện tối thiểu được in trên bảng dữ liệu của máy đo cụ thể.

Từ vận tốc đến tốc độ dòng thể tích

Đồng hồ đo từ không trực tiếp cảm nhận được âm lượng - nó cảm nhận được vận tốc. Máy phát nhân vận tốc trung bình đo được với diện tích mặt cắt ngang-cố định của lỗ khoan (Q=v × A) để tạo ra lưu lượng thể tích. Đây là lý do tại sao tham số đường kính-ống bên trong máy phát phải khớp với lỗ khoan của đồng hồ thực: đường kính không chính xác sẽ tăng hoặc giảm mỗi lần đọc theo bình phương của sai số. Đó cũng là lý do tại sao số đọc của đồng hồ đo magie phần lớn không phụ thuộc vào mật độ và độ nhớt của chất lỏng, không giống như một số công nghệ khác.

Làm thế nào một máy đo Mag biến chuyển động của chất lỏng thành tín hiệu dòng chảy?

Phép đo diễn ra theo một trình tự rõ ràng:

• Các cuộn dây trên thân đồng hồ tạo ra từ trường xuyên qua ống đo và xuyên qua chất lỏng.
• Khi chất lỏng dẫn điện di chuyển qua trường đó, nó sẽ tạo ra một điện áp nhỏ.
• Các điện cực ở phía đối diện của ống sẽ nhận điện áp. Tín hiệu rất nhỏ nên phát hiện rõ ràng và tiếp đất tốt.
• Máy phát lọc nhiễu, bù hình dạng của đồng hồ đo và chuyển đổi điện áp thành vận tốc.
• Bộ phát tính toán lưu lượng thể tích và hiển thị hoặc truyền nó - thường ở dạng 4–20 mA, xung, tần số, RS485 Modbus hoặc HART.

Các thành phần chính của máy đo lưu lượng từ tính

Ống đo

Phần chất lỏng chảy qua. Trong thiết kế-lỗ đầy đủ, đường kính bên trong khớp với đường ống, giúp giảm tổn thất áp suất ở mức thấp và tránh tắc nghẽn cơ học.

Cuộn dây từ

Chúng tạo ra từ trường. Độ ổn định của trường đó trực tiếp hạn chế mức độ lặp lại của phép đo.

Điện cực

Các điện cực đọc điện áp cảm ứng và phải luôn được làm ướt bởi chất lỏng. Nếu đường ống trống hoặc chỉ đầy một phần, kết quả sẽ bị mất. Vật liệu điện cực phải phù hợp với thép không gỉ 316L tiêu chuẩn - lỏng phù hợp với nước và hầu hết nước thải, nhưng các hóa chất mạnh cần hợp kim như Hastelloy, titan hoặc tantalum. Trong lớp phủ-phương tiện dễ bị tổn thương,bảo trì và làm sạch điện cựctrở thành một phần của kế hoạch hoạt động.

lót

Lớp lót cách nhiệt ống khỏi chất lỏng và bảo vệ cơ thể. Các lựa chọn phổ biến là PTFE, PFA, cao su cứng hoặc mềm, polyurethane và cao su tổng hợp, được chọn theo chất lỏng, nhiệt độ, áp suất và độ mài mòn. Lớp lót sai có thể phồng lên, ăn mòn hoặc mòn và rút ngắn tuổi thọ của đồng hồ, vì vậylựa chọn vật liệu lót phù hợplà quyết định-trong giai đoạn đặc tả chứ không phải là suy nghĩ lại.

Máy phát

Bộ phát cấp nguồn cho cảm biến, xử lý tín hiệu, tính toán lưu lượng, điều khiển màn hình và xuất ra PLC, hệ thống SCADA hoặc bộ tổng. Nó có thể được gắn trên cảm biến (nhỏ gọn) hoặc từ xa, nơi có nguy cơ rung, nhiệt, lũ lụt hoặc khả năng tiếp cận kém khiến một vỏ bọc riêng biệt trở thành lựa chọn tốt hơn.

Lưu lượng kế điện từ có thể đo được chất lỏng gì?

Nguyên tắc lựa chọn đầu tiên: đồng hồ đo từ chỉ đo chất lỏng dẫn điện. Bảng dưới đây sắp xếp các phương tiện truyền thông điển hình thành ba nhóm.

Độ dẫn tối thiểu: Những điều cần kiểm tra trước khi bạn chọn

"Đủ dẫn điện" là lỗi lựa chọn phổ biến nhất, vì vậy nó sẽ tự kiểm tra. Độ dẫn điện thường được biểu thị bằng microsiemens trên centimet (µS/cm). Nước máy và nước xử lý thông thường thường nằm ở mức hàng trăm µS/cm - cao hơn mức vài µS/cm mà máy đo từ tiêu chuẩn cần. Nước khử khoáng, hơi nước ngưng tụ và nước xử lý có độ tinh khiết cao-có thể giảm xuống đủ thấp để yêu cầu một mô hình độ dẫn điện-thấp đặc biệt hoặc một đồng hồ đo hoàn toàn khác.

Trước khi cam kết với một mô hình:

• Tìm độ dẫn điện tối thiểu đã nêu của máy đo trên bảng dữ liệu - không được coi là mặc định trong ngành.
• Đo hoặc ước tính độ dẫn điện của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành thực tế vì độ dẫn điện thay đổi theo nhiệt độ.
• Để lại lề. Giá trị ranh giới thay đổi theo độ pha loãng, nhiệt độ và thay đổi theo mùa.
• Nếu bạn gần đạt đến giới hạn, hãy yêu cầu nhà cung cấp xác nhận chất lỏng chính xác của bạn thay vì đoán mò.

Hướng dẫn lựa chọn lớp lót và điện cực

Lớp lót và điện cực là hai bộ phận tiếp xúc thường xuyên với chất lỏng nên chúng quyết định cả độ chính xác và tuổi thọ sử dụng. Các ánh xạ bên dưới là khung khởi đầu - luôn xác nhận dựa trên biểu đồ-tương thích hóa học cũng như nhiệt độ, áp suất, nồng độ và lượng chất rắn thực tế.

Các yếu tố cài đặt ảnh hưởng đến độ chính xác

Trên một máy đo từ trường tốt, hầu hết các lỗi hiện trường đều bắt nguồn từ quá trình lắp đặt chứ không phải do nguyên lý hoạt động.

Giữ cho đường ống luôn đầy

Các điện cực phải được làm ướt, vì vậy hãy lắp đặt ở nơi đường ống vẫn đầy. Dòng chảy thẳng đứng hướng lên thường được ưu tiên sử dụng cho chất lỏng mang chất rắn hoặc không khí, vì nó giữ cho lỗ khoan luôn đầy và ngăn cản cặn lắng. Tránh điểm cao nhất của đường thẳng, nơi không khí tích tụ và tránh các đoạn thoát nước tự do đi xuống.

Nối đất đồng hồ đúng cách

Bởi vì đồng hồ đọc được điện áp rất nhỏ nên việc nối đất không phải là tùy chọn. - việc nối đất kém sẽ gây ra tiếng ồn và số đọc sai lệch. Tùy thuộc vào vật liệu ống, bạn có thể cần vòng nối đất, điện cực nối đất hoặc dây nối đất; Đường ống nhựa, lót và cách nhiệt hầu như luôn cần được chú ý nhiều hơn. Nếu bạn chỉ có thời gian để làm đúng một việc khi cài đặt có vấn đề, thì đó thường làtiếp đất đúng cách.

Cung cấp cho đồng hồ một cấu hình dòng chảy ổn định

Máy bơm, van điều khiển, khuỷu và bộ giảm tốc tạo ra dòng xoáy và nhiễu loạn làm sai lệch kết quả đọc. Giữ đồng hồ tránh xa những nguồn gây nhiễu đó và tôn trọng yêu cầu của nhà sản xuất.yêu cầu chạy thẳng ngược dòng và xuôi dòng-. Khi không gian chật hẹp, hãy chọn vị trí giảm thiểu xoáy và cuốn không khí lên trên vị trí thuận tiện.

Những lỗi cài đặt cần tránh

• Gắn ở điểm cao nhất của đường ống, nơi hình thành các túi khí.
• Cài đặt theo đường thoát nước đi xuống hoặc{0}}thoát tự do để làm trống đường ống.
• Bỏ qua các vòng nối đất trên ống nhựa hoặc ống lót.
• Đặt đồng hồ ngay sau máy bơm hoặc van mở một phần.
• Chấp nhận một đường ống được lấp đầy một phần và hy vọng kết quả đọc được giữ nguyên.

Danh sách kiểm tra-bắt đầu đầy đủ hơn có sẵn tronglưu ý lắp đặt lưu lượng kế điện từ.

Ví dụ ứng dụng (Ghi chú hiện trường)

Nguyên tắc này giống hệt nhau giữa các công việc; những thay đổi là chi tiết nào làm bạn khó chịu. Một vài mẫu từ cài đặt thực tế:

• Đường nước thải đô thị

• Nguyên lý của đồng hồ hiếm khi là vấn đề ở đây - điều kiện đường ống rỗng-, thoát khí sau máy bơm và nối đất kém. Loại phù hợp điển hình là đường dây DN100 có lớp lót cao su, điện cực 316L và đầu ra 4–20 mA cộng với RS485 vào SCADA, được gắn theo chiều dọc với đường ống đã được xác minh đầy đủ.

•  

• Dây chuyền định lượng hóa chất

• Khả năng tương thích vật liệu chiếm ưu thế. Cung cấp tên hóa học, nồng độ và nhiệt độ để lớp lót (thường là PTFE/PFA) và các điện cực (thường là Hastelloy hoặc tantalum) có thể khớp với nhau; mặc định "không gỉ" có thể thất bại trong vài tuần.

•  

• Cấp thực phẩm/nước CIP

• Các kết nối vệ sinh, độ hoàn thiện bề mặt và lớp lót được xếp hạng cho chu trình làm sạch nóng-tại-tại chỗ cũng quan trọng như phạm vi dòng chảy.

•  

• Bùn khai thác

• Sự mài mòn là kẻ giết người. Độ bền của lớp lót (phổ biến là polyurethane) và độ mòn của điện cực, chứ không phải cường độ tín hiệu, quyết định tuổi thọ sử dụng.

Lưu lượng kế điện từ so với các lưu lượng kế khác

Máy đo Mag và siêu âm để trang bị thêm

Trong các dự án trang bị thêm, sự lựa chọn thường phụ thuộc vào khả năng tiếp cận và loại chất lỏng. Kẹp-trên đồng hồ siêu âm được lắp đặt mà không cần cắt đường ống hoặc dừng dòng chảy, điều này rất hấp dẫn trên - nguồn điện trực tiếp nhưng nó cần một chất lỏng sạch,-được xác định rõ và một đường ống tốt để đọc một cách đáng tin cậy. Đồng hồ đo từ tính cần có một đoạn ống cuộn và một cơ cấu tắt để lắp vừa khít, nhưng nó loại bỏ chất rắn và cho kết quả đọc ổn định hơn đối với chất lỏng xử lý bẩn hoặc dẫn điện. Nếu chất lỏng dẫn điện và mang theo chất rắn thì máy đo từ tính thường có độ ổn định-lâu dài; nếu bạn không thể ngắt đường dây hoặc chất lỏng sạch thì siêu âm đáng để so sánh. Chúng tôi đề cập đến sự cân bằng-sâu hơn trongmáy đo lưu lượng siêu âm và điện từ.

Làm thế nào để chọn đúng lưu lượng kế điện từ?

Bạn có thể cung cấp càng nhiều thông tin sau thì đề xuất càng phù hợp với quy trình của bạn hơn là chỉ kích thước ống của bạn. Mỗi mục tồn tại vì nó thay đổi cấu hình:

• Tên chất lỏng và thành phần - điều khiển vật liệu lót và điện cực.
• Độ dẫn điện tối thiểu - xác nhận rằng công nghệ này thậm chí còn hoạt động.
• Kích thước ống và vật liệu - đặt ra kích thước đồng hồ và phương pháp nối đất.
• Lưu lượng tối thiểu, bình thường và tối đa - định cỡ đồng hồ cho phạm vi thực chứ không chỉ cho đường dây.
• Nhiệt độ và áp suất - ràng buộc việc lựa chọn lớp lót và miếng đệm.
• Chất rắn, bong bóng, lớp phủ hoặc mài mòn - ảnh hưởng đến lớp lót, điện cực và cách lắp đặt.
• Độ chính xác bắt buộc - phân biệt cấu hình tiêu chuẩn với cấu hình cao cấp.
• Chiều dài ống thẳng có sẵn - quyết định liệu vị trí của bạn có được chấp nhận hay không.
• Loại kết nối - mặt bích, wafer, ren, kẹp vệ sinh hoặc chèn.
• Tín hiệu đầu ra - 4–20 mA, xung, Modbus RS485, HART hoặc rơle.
• Nguồn điện - nguồn điện chính, điện áp-thấp hoặc pin.
• Môi trường - Xếp hạng IP, hiển thị từ xa, chống cháy nổ- hoặc phê duyệt vệ sinh.

Để biết hướng dẫn có cấu trúc, hãy xem ghi chú của chúng tôi vềNhững điểm chính khi lựa chọn lưu lượng kế điện từ. Khi bạn đã sẵn sàng, bạn có thểgửi cho chúng tôi chi tiết ứng dụng của bạnvà chúng tôi sẽ khớp mô hình và cấu hình với các điều kiện trên.

Xử lý sự cố: Triệu chứng, Nguyên nhân có thể xảy ra, Kiểm tra trước

Nếu bạn đang tìm kiếm một lỗi dai dẳng, hướng dẫn của chúng tôi vềCác lỗi và cách xử lý lưu lượng kế điện từ thường gặpđi qua từng trường hợp theo thứ tự.

Câu hỏi thường gặp về lưu lượng kế điện từ

Độ dẫn tối thiểu của lưu lượng kế điện từ là bao nhiêu?

Hầu hết các máy đo magie tiêu chuẩn chỉ cần vài µS/cm và nước thông thường nằm ở mức cao hơn mức đó. Con số chính xác do mô hình thiết lập, vì vậy hãy đọc bảng dữ liệu và để lại lề nếu chất lỏng của bạn bị khử khoáng, ngưng tụ hoặc có độ dẫn điện-thấp.

Máy đo từ cần bao nhiêu ống thẳng?

Điều này phụ thuộc vào nhiễu loạn ngược dòng và mô hình, vì vậy hãy tuân theo các yêu cầu chạy thẳng ngược dòng và xuôi dòng đã nêu của nhà sản xuất thay vì tuân theo một quy tắc chung duy nhất. Giữ đồng hồ cách xa máy bơm, van và khuỷu tay nếu có thể.

Tôi có cần vòng nối đất không?

Trên ống kim loại dẫn điện, ống không có lớp lót liền kề đôi khi có thể cung cấp đường dẫn trên mặt đất. Trên ống nhựa, ống lót hoặc ống cách nhiệt, bạn hầu như luôn cần vòng nối đất hoặc điện cực nối đất để chất lỏng được tham chiếu về mặt điện với đồng hồ.

Máy đo từ có thể hoạt động trên đường ống được lấp đầy một phần không?

Một máy đo mag tiêu chuẩn không thể. Các điện cực phải được làm ướt và lỗ khoan phải đầy; điền một phần gây ra kết quả không ổn định hoặc sai. Các dòng đầy đủ một phần cần một đồng hồ được thiết kế đặc biệt cho tình trạng đó.

Tôi nên chọn lớp lót nào cho chất lỏng của mình?

Hãy kết hợp lớp lót với hóa học, nhiệt độ, áp suất và độ mài mòn: cao su dành cho nước và bùn nhẹ, polyurethane dành cho bùn mài mòn, và PTFE hoặc PFA dành cho các hóa chất mạnh và nhiệm vụ vệ sinh. Xác nhận lựa chọn cuối cùng dựa trên biểu đồ tương thích.

Sự khác biệt giữa máy đo từ tính chèn và máy đo từ tính nội tuyến là gì?

MỘTđồng hồ đo từ tính nội tuyến (-toàn bộ)mang đầy đủ dòng chảy và là sự lựa chọn chuẩn mực, chính xác nhất. MỘTchèn-loại mag métđo vận tốc cục bộ thông qua đầu dò; lắp trên các đường ống lớn sẽ rẻ hơn nhưng nhìn chung kém chính xác hơn và nhạy cảm hơn với biên dạng dòng chảy.

Lưu lượng kế điện từ có thể đo dầu, khí hoặc hơi nước không?

Không. Hầu hết các loại dầu đều không{1} dẫn điện và khí, không khí và hơi nước không dẫn điện. Đối với những vấn đề đó, hãy xem xét các công nghệ tuabin, Coriolis, bánh răng hình bầu dục, xoáy hoặc siêu âm tùy thuộc vào chất lỏng.

Lưu lượng kế điện từ có tốt cho nước thải không?

Có - đây là một trong những lựa chọn phổ biến nhất vì nó không có bộ phận chuyển động và chịu được chất lỏng dẫn điện có chất rắn lơ lửng. Việc lắp-ống đầy đủ, nối đất và lớp lót phù hợp vẫn quyết định hiệu suất hoạt động của nó.

Điều gì ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo mag?

Nối đất, độ dẫn điện gần đến giới hạn, đường ống bị lấp đầy một phần, lớp phủ điện cực, bọt khí, cài đặt đường kính-ống sai, vị trí lắp đặt kém và vật liệu không phù hợp là những thủ phạm thường gặp.

Bài học chính

Máy đo lưu lượng từ tạo ra một điện áp trong chất lỏng dẫn điện chuyển động (định luật Faraday), đọc nó qua các điện cực và chuyển đổi vận tốc thành dòng thể tích bằng cách sử dụng diện tích lỗ khoan đã biết. Đối với nước, nước thải, bùn và nhiều giải pháp hóa học, nó là một công cụ độc lập-bảo trì thấp, mật độ{2}}độc lập - nhưng nó không thể đo khí, hơi nước, dầu hoặc chất lỏng không-dẫn điện và nó phụ thuộc vào đường ống đầy đủ, nối đất âm thanh cũng như lớp lót và điện cực bên phải.

Trước tiên, hãy quyết định lựa chọn chất lỏng (độ dẫn điện và hóa học), sau đó là đường ống và phạm vi dòng chảy, sau đó là kết nối, đầu ra và môi trường. Mang những chi tiết đó đến nhà cung cấp của bạn và đề xuất sẽ phù hợp với quy trình chứ không chỉ đường kính ống.

Được viết và đánh giá bởi nhóm kỹ thuật-thiết bị đo lường dòng chảy của FlowT, dựa trên thực tiễn lựa chọn và lắp đặt công nghiệp điển hình. Các thông số cụ thể về vật liệu, độ chính xác, độ dẫn điện và đầu ra khác nhau tùy theo kiểu máy và điều kiện hoạt động - được xác nhận dựa trên bảng dữ liệu sản phẩm và ứng dụng của bạn.

Tài liệu tham khảo

• ISO 20456:2017 - Hướng dẫn sử dụng lưu lượng kế điện từ cho chất lỏng dẫn điện
• Bách khoa toàn thư Britannica - Định luật cảm ứng Faraday
• Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ - Độ dẫn điện (độ dẫn điện) và nước