Електромагнітний витратомір , часто скорочено званий ЕРС або магнітометр, — це високопродуктивний прилад, призначений для вимірювання об'ємної швидкості потоку струмопровідних рідин. Він працює на основі закону електромагнітної індукції Фарадея, фундаментального принципу фізики.
Завдяки своїй унікальній конструкції без рухомих частин, EMF пропонує значні переваги, включаючи мінімальні втрати тиску та можливість точного вимірювання складних рідин. Це ідеальний вибір для брудних, агресивних або абразивних рідин і шламів. Як наслідок, він користується широкою довірою в таких галузях промисловості, як хімічна переробка, металургія, гірничодобувна промисловість, целюлозно-паперова промисловість, а також харчова промисловість і виробництво напоїв. Він також відіграє життєво важливу роль у моніторингу розподілу води в муніципальних закладах та очищення стічних вод.
Основний принцип: закон Фарадея в дії
Закон Фарадея стверджує, що коли електричний провідник рухається в магнітному полі, на провіднику індукується напруга (електрорушійна сила або ЕРС). Величина цієї напруги прямо пропорційна швидкості провідника, довжині провідника та силі магнітного поля.
Електромагнітний витратомір застосовує цей принцип, розглядаючи струмопровідну рідину як провідник. Ось як це працює:
Генерування магнітного поля: Корпус лічильника, відомий як вимірювальна трубка, оснащений котушками, які генерують контрольоване магнітне поле, перпендикулярне до напрямку потоку.
Рідина як провідник: Коли провідна рідина протікає через це магнітне поле, вона ефективно «розрізає» лінії магнітного потоку.
Індукування напруги: Ця дія індукує напругу, яка прямо пропорційна середній швидкості рідини, що тече.
Вимірювання напруги: Два електроди, встановлені на протилежних сторонах стінки труби, виявляють цю індуковану напругу. Потім передавач обробляє цей сигнал напруги для розрахунку об'ємної витрати.
Зв'язок описується формулою:
U = B * D * v
Де:
U = Індукована напруга (потенціал між електродами)
B = Напруженість магнітного поля (щільність магнітного потоку)
D = Внутрішній діаметр вимірювальної трубки
v = Середня швидкість потоку рідини
Виходячи з цього, можна розрахувати об'ємну швидкість потоку (Q). Важливо зазначити, що цей принцип базується на однорідному магнітному полі, провідній та немагнітній рідині та осесиметричному профілі потоку.
Практичні міркування: Магнітне поле скінченної довжини
Крива коригувального коефіцієнта граничного магнітного поля
У реальному світі магнітне поле не може поширюватися нескінченно. Воно найсильніше поблизу електродів і послаблюється на кінцях. Ця зміна може створювати спотворення, відомі як вихрові струми, які можуть впливати на точність вимірювання — явище, яке називається крайовим ефектом.
Щоб компенсувати це, застосовується поправочний коефіцієнт (K), особливо в трубах, де відношення довжини магнітного поля до діаметра труби мале. Для більшості сучасних конструкцій, що зазнають турбулентного потоку, крайовий ефект незначний, якщо це відношення становить 2,5 або більше.
Методи збудження: живлення магнітного поля
Система збудження є серцем лічильника, оскільки вона генерує магнітне поле. Використаний метод визначає обробку сигналу та суттєво впливає на продуктивність лічильника. Існує три основні методи:
1. Збудження постійним струмом
Цей метод використовує постійні магніти або джерело постійного струму для створення постійного магнітного поля. Хоча збудження постійним струмом є простим та стійким до перешкод змінного струму, воно може спричинити електроліз та поляризацію електродів у провідних рідинах. Це порушує вимірювання та вносить похибки. Тому збудження постійним струмом зазвичай використовується для вимірювання неелектролітичних рідин, таких як рідкі метали (наприклад, натрій або ртуть).
2. Збудження змінним струмом
Використання джерела змінного струму промислової частоти (наприклад, 50 Гц) створює синусоїдальне магнітне поле. Цей метод дозволяє уникнути проблем поляризації, пов'язаних зі збудженням постійним струмом, але створює власні труднощі:
Квадратурна інтерференція: Змінне магнітне поле може викликати небажану напругу "трансформаторного ефекту" в ланцюзі електрода, яка може бути набагато більшою за фактичний сигнал потоку.
Синфазна перешкода (синфазний режим): Шумові сигнали, що мають ту саму фазу, що й сигнал потоку, можуть з'являтися на обох електродах, часто спричинені блукаючими струмами або електростатичною індукцією.
Нестабільність: Коливання напруги або частоти джерела змінного струму можуть змінювати напруженість магнітного поля, що призводить до неточностей вимірювань.
3. Збудження низькочастотною прямокутною хвилею
Це найсучасніший та найширше використовуваний метод на сьогодні. Він поєднує переваги як постійного, так і змінного струму. Використовуючи низькочастотну прямокутну хвилю (наприклад, 3-30 Гц), він:
Усуває поляризацію шляхом постійного реверсування поля.
Уникає квадратурних перешкод, вимірюючи сигнал потоку протягом стабільних періодів прямокутної хвилі.
Пригнічує вихрові струми, що забезпечує чудову стабільність нульової точки та високу точність.
Сучасні досягнення продовжують удосконалювати цю техніку завдяки таким інноваціям, як тристабільне та двочастотне прямокутне збудження, що ще більше підвищує продуктивність та надійність електромагнітних витратомірів.
