فلومتر مغناطیسی یک جریانسنج جرمی یا حجمی است که از الکترودهای متصل به جریان مایع برای اندازهگیری سرعت مایعات در یک لوله استفاده میکند. طراحی فلومتر یا دبیسنجهای مغناطیسی به آنها این امکان را میدهد که بدون نیاز به قطعات متحرک، خوانشهای خود را انجام دهند. این ویژگی خاص به آنها توانایی اندازهگیری جریان در کاربردهای فشار بالا را بدون ترس از نشتی میدهد.
فلومتر مگنتی یکی از متداولترین روشهای اندازهگیری دبی است که هم در سطح صنایع و هم در سطح فضاهای ساختمانی و کنترل دبی سیالات بهداشتی کارایی دارد. این فلومترها که براساس قانون فارادی کار میکنند، بدون تأثیر در شرایط عبور سیال به راحتی قادر هستند تا مقدار دبی حجمی خطوط بزرگ و کوچک صنعتی را محاسبه کنند. انواع فلومتر مغناطیسی با تکیه بر ارسال و دریافت امواج مغناطیسی در مسیر عبور سیال توانایی محاسبه دبی را دارند. از این رو تنها برای اندازهگیری دبی سیالاتی استفاده میشوند که از قابلیت هدایت الکتریکی برخوردار باشند. سیالات مانند آب، فاضلاب، سیالات بهداشتی، اسیدی و… در این دسته بندی قرار میگیرند.
فلومتر مغناطیسی یک جریانسنج جرمی یا حجمی است که از الکترودهای متصل به جریان مایع برای اندازهگیری سرعت مایعات در یک لوله استفاده میکند. طراحی فلومتر یا دبیسنجهای مغناطیسی به آنها این امکان را میدهد که بدون نیاز به قطعات متحرک، خوانشهای خود را انجام دهند. این ویژگی خاص به آنها توانایی اندازهگیری جریان در کاربردهای فشار بالا را بدون ترس از نشتی میدهد.
عملکرد فلومتر مغناطیسی اگر چه با توجه به قانون فارادی طراحی شده است، اما دقت اندازهگیری آنها کاملاً وابسته به شرایط فیزیکی سیال اعم از دما، فشار، نوع سیال، روش اتصال و… است. در عین حال این دبی سنجها را در رنجهای اندازهگیری متفاوتی طراحی میکنند که با توجه به ابعاد خطوط لوله و همچنین نوع سیال و شرایط فیزیکی آن کارایی دارند. دقت دبی سنج مغناطیسی بسیال بالا در حد خطای ۱ درصد است. از این رو یکی از مطمئنترین روشهای اندازهگیری دبی سیالات با قابلیت رسانایی معرفی شده است. در این مقاله از فروشگاه دراک به بررسی کاربرد و طرز کار فلومتر مغناطیسی میپردازیم.
طرز کار فلومتر مغناطیسی
انواع فلومتر مغناطیسی با استفاده از ارسال و دریافت امواج مغناطیسی در حین عبور سیال برای اندازهگیری دبی طراحی شدهاند. عملکرد فلومتر مغناطیسی در دسته بندی دبی سنجهای غیر متحرک قرار دارد که در اندازهگیری، هیچ تأثیری بر شرایط عبور سیال نمیگذارند. المان اندازهگیری این دبی سنجها یک جفت سیستم فرستنده و گیرنده امواج الکترومغناطیس است که براساس قانون فارادی کار میکند.
نمودار قانون القای فارادی در فلومتر الکترومغناطیسی که عبور سیال از لوله در میدان مغناطیسی B را نشان میدهد؛ با نمایش سرعت سیال v، ولتاژ القایی خروجی U، قطر لوله D و فرمول U = k·B·v·D برای تبدیل سرعت به ولتاژ.
طبق قانون فارادی اگر یک رسانا در داخل یک میدان مغناطیسی حرکت کند، در آن رسانا جریان الکتریکی تولید خواهد شد. شدت این جریان به شدت میدان مغناطیسی و همچنین سرعت حرکت رسانا بستگی دارد. در انواع دبی سنج مغناطیسی از سیستم فرستنده امواج الکترومغناطیسی داخل سیال استفاده شده است. سیال با قابلیت هدایت الکتریکی در واقع همان رسانای متحرک است که با عبور از این میدان مغناطیسی جریانی در داخل آن تولید خواهد شد.
در سمت دیگر لوله یک سنسور گیرنده مغناطیسی نصب شده است که جریان تولید شده داخل سیال را اندازهگیری میکند. به این ترتیب هر اندازه سرعت عبور سیال بیشتر باشد، قاعدتاً جریان مغناطیسی القا شده قویتر است و سنسور مربوطه میتواند تغییرات دبی را با دقت مناسبی اندازهگیری کند. البته توجه داشته باشید که نصب فلومتر مغناطیسی برای دبی سنجی سیالات با قابلیت هدایت الکتریکی امکانپذیر است.
قانون فارادی در دبی سنج مغناطیسی چگونه کار میکند؟
در ساختار فلومتر مغناطیسی، میدان مغناطیسی یکنواختی بهصورت عمود بر جهت جریان سیال در داخل لوله اندازهگیری ایجاد میشود. با عبور سیال رسانا از این میدان، یونهای مثبت و منفی تحت تأثیر نیروی مغناطیسی از یکدیگر جدا شده و اختلاف پتانسیلی در دو سوی لوله شکل میگیرد. این ولتاژ القایی توسط یک جفت الکترود که در دیواره داخلی لوله و عمود بر میدان مغناطیسی نصب شدهاند، اندازهگیری میشود. افزایش سرعت جریان سیال مستقیماً منجر به افزایش مقدار ولتاژ القاشده خواهد شد. در این صورت یک سطح ولتاژ معین در الکترود اندازهگیری دبی سنج مغناطیسی تولید خواهد شد. مقدار این ولتاژ متناسب با سرعت سیال تغییر میکند. البته از آنجا که قطر لوله و همچنین همچنین چگالی سیال مقدار ثابتی هستند، لذا میتوانیم از این پارامترها به عنوان یک ضریب کالیبراسیون (K) استفاده کنیم. بر این اساس داریم:
E = KV
در این فرمول ساده E همان مقدار ولتاژ تولید شده در سیال حین عبور از شار مغناطیسی است. V نیز سرعت عبور سیال است. K یک ضریب کالیبراسیون است که با ترکیب المانهای قطر لوله و چگالی سیال بدست میآید. البته سازندگان حین طراحی انواع فلومتر مغناطیسی مقدار K را با توجه به چگالی آب در نظر میگیرند. به این ترتیب با افزایش سرعت عبور سیال مقدار ولتاژ القاء تولید شده تغییر میکند. همچنین میتوانیم با تغییر ضریب K دقت اندازهگیری را با توجه به قطر لوله و یا نوع سیال تنظیم کنیم. سیگنال تولیدشده در فلومتر مغناطیسی بسیار ضعیف و در حد میلیولت یا حتی میکروولت است؛ موضوعی که پردازش آن را در محیطهای صنعتی پرنویز به چالشی جدی تبدیل میکند. در نسلهای اولیه از میدان مغناطیسی متناوب (AC) استفاده میشد که مستعد نویز و ناپایداری نقطه صفر بود. با معرفی فناوری میدان مغناطیسی جریان مستقیم پالسی (Pulsed DC)، تحول اساسی در عملکرد این تجهیزات ایجاد شد. در این روش، با تغییر متناوب قطبیت میدان و مقایسه سیگنالهای مثبت و منفی، نویزهای مشترک و اثرات الکتروشیمیایی حذف میشوند. نتیجه این رویکرد، پایداری بالای Zero Point، دقت بیشتر و کاهش نیاز به کالیبراسیون دورهای است. در نهایت، ترانسمیتر سیگنال خام را به خروجیهای استاندارد صنعتی مانند ۴–۲۰ میلیآمپر، پالس، فرکانس یا پروتکلهای ارتباطی صنعتی تبدیل میکند.
انواع فلومتر مغناطیسی
اساس کار و روش طراحی تا عملکرد فلومتر مغناطیسی در همگی مدلهای آن یکسان است و قرار است تا با تکیه بر تولید میدان مغناطیسی و ایجاد جریان القایی در سیالات متحرک برای اندازهگیری دبی اقدام کنیم. اما روش نصب سنسورها و مکانیزم تولید شار مغناطیسی در انواع دبی سنج مغناطیسی متفاوت است. این تجهیزات به قرار زیر هستند:
فلومتر مغناطیسی احتراقی (Flame proof Magnetic Flowmeter):
ساختار طراحی و عملکرد دبی سنج مغناطیسی بر پایه تولید امواج الکترومغناطیس است و قطعاً این امواج پتانسیل تحریک محیطهای خطرناک و انفجاری را دارند. فلومتر مغناطیسی احتراقی مخصوص اندازهگیری دبی سیالات در محیطهای خطرناک با پتانسیل نشت گازهای انفجاری طراحی شده است. این فلومترها به شکلی ساخته میشوند که تمامی تجهیزات تولید کننده و دریافت کننده امواج الکترومغناطیسی در داخل یک محفظه ضد انفجاری قرار دارند. به این ترتیب احتمال نشت میدان مغناطیسی به محیط بیرون از فلومتر امکان پذیر نیست و شرایط برای اندازهگیری دبی در محیطهای انفجاری مساعد است. بیشترین خرید فلومتر مغناطیسی احتراقی برای اندازهگیری دبی سیالات در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی است.
فلومتر مغناطیسی آسانسوری (Insertion Magnetic Flowmeter):
در لولههای بزرگ که فاصله سنسور گیرنده جریان مغناطیسی از منبع ارسال امواج الکترومغناطیسی زیاد است، احتمال میرا شدن و از دست رفتن جریان القایی سیال بسیار زیاد است. بنابراین برای اندازهگیری دبی در خطوط بزرگ از نوع خاص دبی سنج مغناطیسی استفاده میکنند که آن را با عنوان آسانسوری میشناسیم. در این مدلها قطبهای مغناطیس کننده به شکل آسانسوری در سراسر شبکه سیال قرار میگیرند تا تأثیر میرا شدن امواج مغناطیسی در طول عبور سیال خطوط بزرگ را کاهش دهند.
فلومتر مغناطیسی تکیهگاهی (Saddle Type Magnetic Flowmeter):
از جمله فلومترهای کاربردی بر پایه سیگنالهای الکترومغناطیسی هستند. در این مدل دبی سنج مغناطیسی از یک تکیهگاه برای نصب سنسورها بر روی بدنه لوله استفاده شده است. در شرایطی که ابعاد لوله بسیار بزرگ است و امکان نصب سنسورها از طریق بستهای فلزی وجود ندارد، این نوع فلومتر با استفاده از تکیهگاه نگه دارنده سنسور مغناطیسی کارایی دارد. فروش فلومتر مغناطیسی تکیهگاهی عموماً در سطح صنایع سنگین نیروگاهی و یا پالایشگاهی متداول است.
فلومتر مغناطیسی دیافراگمی (Diaphragm Magnetic Flowmeter):
از انواع دبی سنج مغناطیسی است که برای اندازهگیری دبی در خطوط با سایز کوچک و متوسط طراحی شده است. در طراحی این دبی سنج مغناطیسی از یک بخش دیافراگمی برای نصب قطبهای مغناطیس کننده استفاده شده است. بیشترین نصب مدل دیافراگمی در صنایع سبک غذایی و یا پالایشگاهی است. همچنین در صنایع آب و فاضلاب کارایی دارد.
فلومترهای مغناطیسی ترکیبی اندازهگیری فشار یا دما (Pressure/Temperature Magnetic Flowmeter):
این نوع فلومترهای مغناطیسی علاوه بر اندازهگیری دبی از قابلیت اندازهگیری پارامترهای دیگری مانند فشار و یا دما نیز برخوردار هستند. به این ترتیب که در کنار نصب قطبهای مغناطیسی در آنها از سنسورهای تشخیص فشار و یا تشخیص دما نیز استفاده شده است.
کاربردهای فلومتر مغناطیسی
کاربردهای دبی سنج مغناطیسی گسترده است. به طور کلی از این نوع دبی سنجها میتوانیم برای اندازهگیری فلوی سیالات در شرایط مختلف فرآیندهای صنعتی از خطوط با لولههای خیلی کوچک تا خطوط با لولههای خیلی بزرگ استفاده کنیم. از آنجا که روش نصب سادهای دارند و در عین حال برای نصب تغییری در خطوط ایجاد نمیشود، مناسب فرآیندهایی هستند که شرایط تغییر فیزیکی در آنها دشوار و یا بسیار هزینهبردار است. در عین حال از آنجا که المان اندازهگیری این فلومترها در مسیر عبور جریان قرار ندارد، برای اندازهگیری دبی سیالات اسیدی، خورنده، سایشی، گازی و حتی سمی و انفجاری مناسب هستند.
شرایطی کاربردی دبی سنج مغناطیسی با توجه به نوع قابلیتها و امکانات تعریف شده در آنها متفاوت است. برخی از این فلومترها از پردازشگرهای داخلی برای جمع آوری اطلاعات و نمایش دادهها برخوردار هستند و حتی میتوانیم از آنها به عنوان عنصر طراحی لوپهای کنترلی در سیستمهای PID و… استفاده کنیم. در عین حال برای برخی از مدلهای پیشرفته امکان اتصال به انواع شبکههای کنترل ابزار دقیق فرایندی پیش بینی شده است. از انواع فلومتر مغناطیسی در صنایع گوناگون از قبیل صنایع نیروگاهی، ایستگاههای پمپاژ، صنایع سیمان، صنایع دریایی، آب و فاضلاب، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع غذایی و داروسازی و صنایع معدنی و… استفاده میکنند.
برای تهیه انواع دبی سنج مغناطیسی میتوانید از خدمات فروش فروشگاه دراک بهرمند شوید.
مزایای استفاده از دبی سنج مغناطیسی
مزایای کلیدی فلومتر مغناطیسی شامل دقت بالا با خطای کمتر از ۰.۲٪، بدون افت فشار بهدلیل مقطع کاملاً باز، طول عمر بالا بدون قطعات متحرک مکانیکی، دامنه اندازهگیری وسیع با نسبت Turndown 100:1 و استقلال از خواص سیال مانند دانسیته و ویسکوزیته.
دبی سنج مغناطیسی با الگوی کارکردی ساده و قابلیت نصب آسان و شرایط کاربردی گسترده طراحی شده است. این فلومترها به هیچ حالت تحت تأثیر ذرات جامد و ناخالصیها و حتی حبابهای موجود در سیال قرار نمیگیرند. کافی است سیال هدف از امکان رسانایی الکتریکی برخوردار باشد تا بتوان از انواع فلومتر مغناطیسی برای اندازهگیری دبی آنها استفاده کرد. نصب صحیح فلومتر مغناطیسی تأثیری همسنگ با کیفیت ساخت آن بر دقت اندازهگیری دارد. لوله اندازهگیری باید همواره کاملاً پر از سیال باشد و از تشکیل حباب هوا جلوگیری شود. رعایت طولهای مستقیم در بالادست و پاییندست برای ایجاد پروفایل جریان متقارن توصیه میشود، هرچند طراحیهای مدرن حساسیت کمتری به اغتشاشات جریان دارند. زمینکردن (Grounding) نیز اهمیت بالایی دارد؛ زیرا سیگنال اندازهگیری بسیار ضعیف است و اختلاف پتانسیل میتواند باعث خطا شود. در لولههای غیر فلزی یا پوششدار، استفاده از حلقههای زمین یا فناوریهای نوین مانند Virtual Grounding ضروری است.
تنوع طراحی فلومترهای مغناطیسی موجب شده است که برای تقریباً هر صنعت و هر شرایط فرآیندی، گزینهای مناسب وجود داشته باشد. مدلهای ویفری و فلنجی، نسخههای بهداشتی با اتصالات کلمپی برای صنایع غذایی و دارویی، فلومترهای مخصوص لولههای نیمهپر برای فاضلاب، مدلهای باتریدار برای نقاط دورافتاده و انواع ضدانفجار برای محیطهای خطرناک تنها بخشی از این تنوع هستند. همچنین نسخههای ترکیبی برای اندازهگیری همزمان دبی با پارامترهایی مانند فشار یا دما نیز توسعه یافتهاند. فلومترهای مغناطیسی در صنایع آب و فاضلاب، نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاهی، غذایی، دارویی، معدن و سیمان کاربرد گسترده دارند. عدم افت فشار، نبود قطعات متحرک، دقت بالا و نگهداری ساده از مهمترین مزایای آنهاست. با این حال، محدودیت اصلی این فناوری در عدم توانایی اندازهگیری سیالات غیررسانا مانند هیدروکربنهای خالص و گازها نهفته است.
مزایای نصب فلومتر مغناطیسی در فرآیندهای صنعتی به قرار زیر است:
- به راحتی نصب میشوند و شرایط تنظیم و آماده سازی آنها ساده است.
- دقت اندازهگیری بالایی دارند.
- از آنجا که المان اندازهگیری از مسیر جریان عبوری سیال نیست، به راحتی فرسوده و یا خراب نمیشوند.
- در صورت خراب شدن شرایط تعمیر و در کل نگهداری سادهای دارند.
- تاثیری در جریان سیال ایجاد نمیکنند و باعث افت فشار خط نمیشوند.
- برای اندازهگیری دبی سیالات تهاجمی و خورنده مناسب هستند.
- دقت اندازهگیری فلومتر تحت تأثیر فاکتورها از قبیل تغییرات چگالی، ویسکوزیته و یا دمای سیال قرار ندارد.
در عین حال لازم است تا به برخی از محدودیتهای نصب دبی سنج مغناطیسی توجه کنید. خصوصاً که قادر به اندازهگیری دبی سیالات غیر رسانا نیستند و ممکن است دقت اندازهگیری آنها تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی کاهش پیدا کند. لذا لازم است تا در محیط بدون وجود نویزهای الکترومغناطیسی نصب شوند.
لیست قیمت فلومتر مغناطیسی تحت تأثیر فاکتورهای گوناگون قرار دارد. این نوع دبی سنج در دسته بندی تجهیزات مدرن ابزار دقیق قرار میگیرد که شرایط طراحی آنها و همچنین قیمت آنها کاملاً وابسته به تکنولوژی کار شده در ساخت آنها متغیر است. در حال حاضر بهترین برندهای تولیدکننده این فلومترها شامل شرکتهای ABB، Krohne، Endress Hauser و Yokogawa است.
نظر بدهید
آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.