Матеріали та конструкція електродів у магнітних вимірювачах для вимірювання рідин
конструкція магнітного витратоміра рідини
Електрод зазвичай проходить через внутрішню оболонку трубопроводу та контактує з рідиною. Електрод зазвичай являє собою болт із кульовою головкою, який проходить через матеріал внутрішньої оболонки та зрештою з'єднується з болтом електричним проводом. Через контакт між електродами та рідинами, матеріали електродів необхідно ретельно вибирати. Деякі з використовуваних матеріалів - це немагнітна нержавіюча сталь (для агресивних рідин), сплав платини та іридію, монель, тантал, титан, цирконій (для агресивних рідин) та хастеллой-С. Нержавіюча сталь також рекомендується для використання у вимірювальному розчині, а також для комбінацій керамічної оболонки та електродів.
Електроди для магнітних витратомірів у целюлозно-паперовій промисловості
У целюлозно-паперовій промисловості та інших сферах застосування папір або інші матеріали можуть стикатися з електродами та спричиняти шум. За словами виробника, покриття електродів пористою керамікою може зменшити цей ефект.
Потрібні витратоміри шламу . Через контакт між електродами та рідинами, для очищення електродів використовуються різні методи. До них належать:
• Протирання (скребок або щітка можуть проходити через центр електрода, щоб протерти поверхню) (Rose and Vass, 1995);
• Плавлення (відключення інших електронних з'єднань та видалення відкладень на поверхні електрода за допомогою достатньо великого струму);
• Ультразвукове очищення (використання ультразвукових хвиль для вібрації електродів та викликання локальної кавітації з метою досягнення цілей очищення);
• Мобільні електроди;
• Кулеподібні електроди.
Метод вибору чистих електродів має визначатися на основі характеристик осаду. У багатьох випадках електроди мають тенденцію до самоочищення: коли рідина проходить через електрод, осад обмежується, а провідність покриття на внутрішній поверхні приладу може бути нижчою, ніж у більшості рідин. У сучасних системах постійного струму вхідний імпеданс може бути достатньо великим, щоб ігнорувати вплив осаду. Однак високий імпеданс може спричиняти тепловий шум у сигналі електрода. Отже, хоча високий імпеданс означає відсутність систематичної похибки, повторюваність приладу знизиться.
Магнітне поле зазвичай генерується набором котушок та складених магнітних ярем. Типове споживання енергії раніше становило 10~100 Вт, але зараз воно може сягати 0,5 Вт. Завдяки використанню довговічних батарей, найнижче споживання енергії може бути значно нижчим за 0,5 Вт.
Внаслідок використання змінного збудження генерується сигнал взаємної індуктивності через зміну магнітного поля в петлі, утвореній комбінацією електродного виводу та рідини. На рисунку 7 показано погано сконфігурований вивід та результуючу область, пов'язану зі зміною магнітного потоку. Ця область не повинна бути дуже великою для генерації сигналу, порівнянного зі світлофором. Її сигнал є ортогональним (з різницею фаз 90° від сигналу потоку), приблизно ортогональна напруга ~2πfBA
Серед них f – частота, B – інтенсивність магнітної індукції, а A – площа петлі дії, що проектується в напрямку магнітного поля. Наприклад, якщо f дорівнює 50 Гц, B дорівнює 0,02 Тл, а A дорівнює 1 см2, ортогональна напруга становить приблизно 0,6 мВ. Однак сигнал, що генерується при русі зі швидкістю 5 м/с у трубопроводі діаметром 0,1 м, становить 10 мВ. Фазовий кут ортогональної напруги відхиляється на 90° і споживається як втрати в сталі в магнітному колі, які неможливо зменшити механічною конструкцією або електронними схемами. Використання збудження постійним струмом може вирішити цю проблему шляхом безпосереднього вимірювання сигналу потоку, коли магнітне поле залишається постійним протягом певного періоду часу. Однак існують також інші проблеми, які вимагають великої напруги для швидкого подолання індуктивності котушки та встановлення магнітного поля, а потім підтримки стабільності для вимірювання потоку.
Встановлення компонента не повинно призводити до перевищення тиску в трубопроводі, і необхідно забезпечити, щоб трубопровід був заповнений рідиною. Зазвичай, під час встановлення вимірювальної секції труби, з'єднання електрода повинно бути в горизонтальній площині, щоб уникнути короткого замикання електрода, коли у верхній частині трубопроводу з'являються бульбашки.
Більшість вимірювальних трубок виготовлені з нержавіючої сталі, що пропускає магнітні поля. Максимальний тиск, який може витримувати датчик, становить 1000 бар.
Конструкція також повинна включати варіанти використання в суворих та небезпечних умовах.
Рисунок 6: Котушка та ярмо магнітного поля
Рисунок 7: Зв'язок між магнітним полем та сигнальними проводами
Передавачі витратоміра Mangetic (вторинний компонент)
Передавачі електромагнітних витратомірів
Сьогодні багато типів електромагнітних передавачів потоку можуть досягати необхідних функцій, як
цифрові витратоміри . Найдовговічніший тип зв'язку, що використовується, - 50 Гц або 60 Гц. Це пояснюється тим, що основне джерело живлення має частоту 50 Гц або 60 Гц, і на цій частоті магнітне поле та сигнали потоку також сильні. Але деякі поширені нові конструкції використовують низькочастотні прямокутні хвилі з різними модами, що призводить до ослаблення ортогонального сигналу до того, як буде зібрано сигнал потоку. Тип збудження прямокутною хвилею (збудження постійним струмом), згаданий тут, може мати багато різних назв залежно від виробника (Brobeil et al., 1993). Термін «тип постійного струму» слід використовувати з обережністю, оскільки ранні прилади використовували тип постійного струму, але вони не досягли успіху. У конструкції постійного струму напруженість магнітного поля відносно невелика, але електронний шум та електромеханічні ефекти в буровому розчині такі ж, як і в конструкції змінного струму. Тому новітній прилад постійного струму матиме спеціальний потужний модуль живлення для вирішення цієї проблеми.
Бонфіг та ін. (1975) описали одну з перших успішних конструкцій постійного струму, яку назвали ключовим полем постійного струму. Хафнер (1985) описав іншу систему, яку називають комутованим постійним струмом, яка має такі функції, як зниження шуму (активне та пасивне екранування), електрохімічна активність, періодичне обнулення підсилювача, багаторазова дискретизація сигналу, вища частота збору даних (до 123 Гц), цифрова фільтрація та використання схем аналізу шуму потоку. Використання низького енергоспоживання в конструкції (зменшене до 1,5 Вт, зі зменшеними розмірами та вагою) відповідає вимогам власної безпеки та живлення від акумулятора. Мікропроцесорне керування також забезпечує самовиявлення, температурну компенсацію, взаємозамінні первинні та вторинні інструменти та інтерактивні функції. Крім того, електрод також забезпечує функції заземлення та перевірки повітряних труб. Герцог та ін. (1993) досліджували конструкції комутованого постійного струму з електронною точкою відліку за один цикл та обговорювали використання третього електрода в частково заповнених трубопроводах.
Рисунок 8: Схема перетворення системи змінного струму
Вихідний сигнал зазвичай становить 0~10 мА або 4~20 мА. Він може мати дві-три ручки регулювання діапазону для задоволення потреб у повному діапазоні показань рідини при швидкості потоку 1~10 м/с. Але зараз їх замінила мікропроцесорна технологія. Завдяки використанню інтелектуальних/розумних приладів для автоматичного регулювання діапазону вихідного сигналу, він має функцію цифрової передачі та більший діапазон.
На рисунку 8 показано типову блок-схему кола змінного струму. Демодулятор усуває ортогональну напругу через опорний сигнал, а коло змінного струму отримує відношення сигналу потоку до опорного сигналу.
Блок-схема на рисунку 9 (a) є типовим методом, що застосовується в системах постійного струму. Як показано на рисунку 9 (b), вибірка в моменти часу τn, τn+1 та τn+2 підсилює дрейф базової лінії прямокутного сигналу, спричинений електрохімічними та іншими ефектами, тому цілком доцільно використовувати три точки вибірки.
У деяких приладах може спостерігатися дрейф нуля, але зазвичай він слабкий. Це може бути спричинено неможливістю повністю придушити неочікувані напруги, особливо ортогональні напруги. Хоча метод відсікання застосовується при низьких швидкостях потоку, система постійного струму стверджує, що наразі вирішує проблему дрейфу нуля, але це важко підтвердити. Відсікання при низькому трафіку зазвичай обмежується 1% від верхньої межі діапазону (Ginesi та Annarummo, 1994) або, можливо, нижче.
Загальна похибка перетворювача становить 0,2% для широкого діапазону основних напруг, ортогональних сигналів, коливань температури тощо. Він також може вимірювати сигнали мікропотоку з низькою точністю.
Рисунок 9: Принципова схема передавача для системи постійного струму
(a) Маршрут; (b) Сигнал вимірювання
Комерційні перетворювачі магнітних витратомірів забезпечать:
- Час відгуку інструкції становить 0,1 с;
- Співвідношення діапазону: максимум 1000:1;
- Діапазон витрати: інтервал 0,005~113000 м³/год;
- Об'єм імпульсного перевантаження по струму одиниці: 0,01~10 л/імп.
Серед характеристик, що надаються виробником, є:
- Для живлення та передачі сигналу датчиків використовуються двофазні кабелі з власною безпекою;
- Реалізувати передачу цифрового сигналу шляхом модуляції аналогових сигналів через зв'язок;
- Захист між компонентами, захист IP65 для перетворювачів;
- Подвійна частота (див. рисунок 10) вигідна як для високих, так і для низьких частот: окрема обробка сигналів перед об'єднанням частот призведе до низької стабільності потоку та низького рівня шуму;
Рисунок 10: Принципова схема робочого кола з двома частотами
(авторизоване посилання від Yokogawa Europe BV)
- Передача без перешкод;
- Самоперевірка або збільшення даних виявлення;
- Детектор повітряного руху, що використовує електроди для визначення стану повітряного руху та подання сигналу тривоги (Джинезі та Аннаруммо, 1994);
- Заземлювальний електрод;
- Виявлення забруднення головного електрода;
- Вимірювання двонаправленої рідини за допомогою відповідних схем;
- Автоматичне регулювання діапазону.
Спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC) можуть забезпечувати такі функції, як автоматичні системи перевірки для виявлення зворотного потоку рідини та інших несправностей, сигналізацію, подвійний діапазон та деякі інтерфейси зв'язку (Vass, 1996).
Калібрування та експлуатація магнітного витратоміра
Майстерня з калібрування електромагнітних витратомірів серії SHD
Через відмінності між приладами під час процесу виробництва витратомірів, електромагнітні витратоміри потребують калібрування, яке зазвичай виконує виробник витратомірів. Наприклад, виробник магнітних витратомірів постачає стандартний прилад з 13 точками калібрування, що зазвичай називається мокрим калібруванням. Сухе калібрування стосується калібрування електромагнітних витратомірів шляхом вимірювання магнітних полів для отримання сигналів рідини. Зв'язок між магнітним полем у певній точці та всіма діапазонами приладу не такий простий, як рівняння (12.2), що означає, що до будь-якого поточного сухого калібрування слід ставитися з обережністю.
Робота електромагнітного витратоміра не повинна залежати від провідності рідини, тому провідність рідини повинна бути однаковою по всій площі витратоміра. Припускаючи, що провідність достатньо велика, щоб вихідний імпеданс первинного компонента був щонайменше на два порядки меншим за вхідний імпеданс вторинного компонента. Більше того, значні зміни провідності можуть спричинити похибки нульової точки в електромагнітних витратомірах змінного струму. Хоча деякі люди вважають, що імпульсний тип постійного струму не залежить від змін провідності вище певного порогу (Ginesi and Annarummo, 1994), один виробник все ще дотримується протилежної точки зору, вважаючи, що тип змінного струму слід використовувати для вимірювання двонаправленого потоку, бурового розчину, рідин з низькою провідністю та неоднорідних потоків зі швидкозмінною провідністю. У будь-якому разі, постійний розвиток типу постійного струму забезпечить його однакову придатність для вищезазначених ситуацій.
Вихідний імпеданс компонента можна приблизно виразити як
R≈1/dσ(Ω)
Де d – діаметр електрода, а σ – провідність.
Типовий імпеданс приладу з діаметром електрода 0,01 м можна отримати з рівняння (3), як показано в таблиці 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
|
Типовий вторинний компонент із вхідним опором 20 × 10⁶/Ω може відповідати провідності перших трьох рідин у Таблиці 2, але не може відповідати останній. Виробники обмежують мінімальне значення провідності для приладів певного розміру. Наприклад, для електродів діаметром 25~100 мм прийнятним є значення провідності до 20 мкСм/см, але принаймні один виробник може забезпечити зниження провідності на 0,05 мкСм/см.
Через порушення електричної безперервності та однорідності провідності, а також невизначеність вимірюваного об'єкта, наявність газу в рідині призведе до похибок. Витратоміри повинні працювати в умовах, коли цими факторами можна знехтувати.
Магнітний витратомір вимірює швидкість потоку морської води
Де використовується електромагнітний витратомір?
Електромагнітні витратоміри широко використовуються для вимірювання потоку рідин. Вони чудово підходять для будь-якої провідної рідини та майже завжди успішно працюють у своїх сферах застосування. Один промисловий експерт якось сказав, що єдиною проблемою, з якою він зіткнувся, було вимірювання кристалізованої цукрової пудри, і причиною невдачі могли бути проблеми з рідиною або несумісність. Якщо їх застосовувати для вимірювання двофазного або багатофазного потоку, де безперервні компоненти повинні бути провідними, сигнал генерується швидкістю цього компонента. Якщо їх застосовувати до рідких металів, їх фізичні принципи стануть складнішими.
Магнітометр чудово підходить для будь-якої провідної рідини
Застосування електромагнітних витратомірів включає в'язкі рідини, агресивні хімікати, абразивні суспензії та робочі рідини з можливістю запуску та зупинки, але витратомір має бути заповнений (деякі виробники пропонують моделі, які можуть вимірювати потік не в повній трубі), а електроди не повинні бути короткозамкнені бульбашками (Ginesi and Annarummo, 1994). Якщо можливо, вимірювальний трубопровід у цей момент повинен текти вгору. Якщо це горизонтальний трубопровід, електрод повинен бути в напрямку горизонтального діаметра. Якщо прилад встановлено нижче в трубопроводі, його необхідно контролювати на предмет можливості прилипання бруду або інших рідин до електродів. Пристосування мають провідність, відмінну від властивостей рідини, і можуть утворювати частково провідний шар, змінюючи внутрішній діаметр і довжину приладу. Якщо швидкість приладу підтримується вище 2~3 м/с, ймовірність осадонакопичення зменшиться. Конусоподібні електроди також можуть зменшити осадонакопичення, і можна використовувати системи очищення електродів. Неньютонівські рідини можуть змінити характеристику. Зносостійкий бруд може спричинити знос футеровки поблизу вигинів трубопроводів, а захист трубопроводів може зменшити знос. Рідина, що використовується для очищення, повинна бути сумісною з робочою рідиною. Добавки також можуть спричиняти нерівномірну провідність.
Магнітний витратомір вимірює агресивну рідину Технологія комунікаційного стимулювання знову стала придатною для вимірювання нанесення бурового розчину, що містить велику кількість газу. Цей розчин неоднорідний, з великою кількістю твердих частинок нерівного розміру або схильністю до утворення грудок бурового розчину, що супроводжується пульсуючим потоком. Близько 15% промислових потоків мають таку ситуацію, включаючи целюлозно-будівельні розчини. У цих застосуваннях технологія імпульсів постійного струму поступово стала важливим вибором для заміни технології змінного струму.
У новому витратомірі буде усунено вплив радіочастотних перешкод (RFI). Згідно з інструкціями виробника, сигнальні кабелі повинні бути екрановані та заземлені. Роуз та Васс (1995) обговорювали застосування технології електромагнітних витратомірів у складніших промислових процесах:
Хімічний:
· розчин кислоти,
лугу ,
полімеру , лосьйону та гуми
Фармацевтичні препарати:
· розпилювальне покриття, приправи, медичні та оздоровчі товари
Гірничодобувна промисловість та корисні копалини:
· залізорудний шлам, пірит, магнетит, пірит, мідь, глинозем
Їжа та напої:
· пиво, газована вода, зубна паста, молоко, морозиво, цукор,
сік Вода та відходи:
· вода,
стічні води , стічні води, мул, травні рідини
Потік стічних вод, виміряний магметром
Целюлоза та папір:
· чорні та білі рідини, коричнева сировина, відбілюючі хімікати, добавки
Завод з переробки ядерного палива:
·радіоактивні та нерадіоактивні рідини (Фінлейсон, 1992)
Нещодавні публікації в літературі щодо застосування включають:
·Може бути використаний для вирішення проблем потоку рідкого свинцю-вісмуту (Kondo and Takahashi, 2005);
·Контроль роботи насоса (Anon, 2002);
·Вимірювання потоку пульпи за допомогою ємнісних електродів (Okada et al., 2003);
·Моніторинг стічних вод (Kwietniewski та Mizstka Kruk, 2005);
·Безперервна утилізація сміття: труби для рафінування, продувки та труби для переробки (Окада та Нішімура, 2000);
·Потік під час буріння (Арнольд та Мольц, 2000);
·Точне вимірювання виробництва алкілату та сірчаної кислоти (Dunn et al., 2003).
Для цього списку також може знадобитися додати шлак, цемент, шлам (абразив), реагенти для шихти та спеціальні застосування, такі як наднизька швидкість, транзакційне транспортування, рідини з паропроводом, рідини для доменної печі, дозування та агресивні рідини.
В умовах високочастотного вимірювання (120 вимірювань за секунду) витратоміри змінного струму можуть вимірювати імпульсну швидкість потоку насосів.
Деякі виробники пропонують електромагнітні витратоміри розміром 2~25 мм для вимірювання молока. Виробники також пропонують власні прилади певних розмірів для використання в гігієнічних та повсякденних хімічних продуктах, які можна використовувати у високошвидкісних процесах масового виробництва з коефіцієнтом повторюваності до 0,2%.
Які переваги використання електромагнітних витратомірів?
1. Теорія припускає, що реакція електромагнітних витратомірів є лінійною (за винятком впливу різних розподілів швидкості потоку), і єдиною причиною, чому прилад не може відображати нульовий потік, є дрейф нуля. Це один з небагатьох приладів, який може досягти такої функції, але його також несправедливо оцінили, оскільки дрейф нуля все ще можна спостерігати. Сучасні конструкції часто використовують скорочення діапазону низької витрати, щоб уникнути цієї проблеми.
2. Незупинний потік є найбільш цінним, особливо коли рідина містить тверді речовини або коли проходження через перешкоди може пошкодити канал потоку.
Магнітний витратомір. Повнопрохідна конструкція забезпечує безперебійний потік.
3. Немає рухомих частин.
4. Чутливість компонентів трубопроводу, розташованих вище за течією, порівнянна з іншими витратомірами, лише слабша, ніж у об'ємних витратомірів,
коріолісових витратомірів або
ультразвукових витратомірів з двома або більше звуковими променями.
Які недоліки використання електромагнітних витратомірів.
Його головним недоліком є те, що він обмежений вимірюванням струмопровідних рідин. Хоча лабораторія має конструкції для непровідних рідин (трансформаторної оливи або дизельного палива), лише одна чи дві комерційні конструкції робили спроби в цьому відношенні.
Протягом певного часу деякі люди вважали, що чутливість до збурень вище за течією є недоліком, але це може бути однією з його сильних сторін. Порівняно з електромагнітними витратомірами, лише деякі витратоміри менше залежать від розподілу швидкості потоку вище за течією під час роботи. Ще одним часто згадуваним недоліком є дрейф нуля, оскільки ранні конструкції, як було виявлено, давали значні похибки при надзвичайно низьких швидкостях потоку. Знову ж таки, слід зазначити, що жоден витратомір не може використовуватися поза діапазоном або при швидкостях потоку нижчих за можливі. Фактично, принаймні один комерційний електромагнітний витратомір заявлений коефіцієнтом діапазону 1000:1.
Електромагнітний витратомір2017/04/12Купуйте якісний електромагнітний витратомір китайського виробництва за низькою ціною та швидким часом доставки. Отримайте магнітометр Вартість зараз від SILVER AUTOMATION INSTRUMENTS.view
Електромагнітний витратомір типу вставки2019/06/27Електромагнітний витратомір вставки зонду підходить для розмірів трубопроводів більше 8 дюймів; це ідеальне рішення для вимірювання провідного потоку рідини великих розмірів, таких як стічні води, переносна вода ...view
Поширені запитання про електромагнітний витратомір серії SHD від акумулятора2018/07/05Запитання 1 Магнітний витратомір серії SHD, що працює від акумулятора, може також мати зовнішнє джерело живлення постійного струму 12 В або 24 В? Відповідь: Так, ми можемо використовувати такий магнітометр як з живленням від акумулятора, так і з джереломview
Санітарний магнітний витратомір2018/11/21Датчик магнітометра SHD-SE13 є типовим санітарним приладом для вимірювання витрати. Він може вимірювати водопровідну воду, томатну пасту, рідке яйце, патоку, сік, оцет тощо, які широко використовуються у харчовій, пивній та фармацевтичній промисловості.view
Магнітний витратомір із низьким витратою2019/07/11Магнітометри малого потоку можуть обробляти витрати рідини з низьким рівнем до 0,33 LPM (0,09GPM), розмір датчика мінімального потоку, який ми можемо запропонувати, становить 1/8 ", 1/4", 3/8 ", 1/2", 3/4 ". Магнітні витратоміри мview
Магнітний витратомір суспензії2018/11/21Магнітний витратомір серії SHD-SE16 призначений для вимірювання витрати в умовах шуму з суспензією; датчики потоку для шламу, шламів та твердих речовин.view
