Technical topics

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LƯU LƯỢNG KẾ DẠNG ĐIỆN TỪ (MAGNETIC FLOWMETER)

Máy đo lưu lượng dạng điện từ được thiết kế để đo lưu lượng chất lỏng có điện tích trong ống kín, ứng dụng khác có áp suất thấp. Chúng là thiết bị đo lưu lượng thể tích. Với công nghệ này, chất lỏng phải dẫn điện. Nguyên lý hoạt động của máy đo lưu lượng từ dựa trên Luật Điện từ của Michael Faraday.

1. Nguyên lý hoạt động: 

Bộ đo lưu lượng từ hoạt động dựa trên Luật Điện từ của Faraday. Khi một chất lỏng dẫn chảy qua từ trường, một điện áp nhỏ (u) được gây ra. Một điện cực E này tỷ lệ thuận với vận tốc của dòng chảy và được đo chính xác bằng hai điện cực bằng thép không gỉ được gắn với nhau trong ống đo.

– Hai điện cực được kết nối với một mạch điện tử tiên tiến xử lý tín hiệu và lần lượt đưa nó vào bộ vi xử lý bên trong module điện tử. Bộ vi xử lý sau đó tính lưu lượng và kiểm soát các đầu ra khác nhau trên bảng đầu cuối. Điện cực điện áp E tỷ lệ thuận với vận tốc trung bình của chất lỏng V.

*(Cần đặc biệt chú ý khi ống được xây dựng bằng vật liệu dẫn điện. Lớp lót vật liệu không dẫn điện được sử dụng để ngăn điện áp không bị tiêu tán vào phần ống.)2. Công thức tính:

E = Blv

Ở đây: E = Điện áp cảm ứng (V)

B = Mật độ từ thông (độ lớn của từ trường) (Tesla)

l = Chiều dài của vật dẫn chạy qua từ trường (m)

v = Vận tốc vật dẫn (m/s)

* Một vài điều kiện cần được đáp ứng để có thể tính toán chính xác lưu lượng từ điện áp cảm ứng:

Chất lỏng phải là chất dẫn điện tốt,.

Cả 2 điện cực phải tiếp xúc với chất lỏng.

Đường ống phải được đổ đầy bằng chất lỏng.

Các đầu đo lưu lượng phải được nối đất đúng cách để tránh các sai số do dòng điện rò trong chất lỏng.

3. Quy trình hoạt động

Điều rất quan trọng là dòng chảy của chất lỏng được đo bằng máy đo lưu lượng kế phải có tính dẫn điện. Luật của Faraday chỉ ra rằng điện áp tín hiệu (E) phụ thuộc vào vận tốc chất lỏng trung bình (V), chiều dài dây dẫn (D) và cường độ từ trường (B). Từ trường do đó sẽ được thiết lập trong phần mặt cắt ngang của ống.

Về cơ bản khi chất lỏng dẫn chảy qua từ trường, điện áp được gây ra. Để đo điện áp tạo ra (tỷ lệ với vận tốc của chất lỏng chảy), hai điện cực bằng thép không rỉ được sử dụng được gắn kết với nhau. Hai điện cực được đặt bên trong máy đo lưu lượng sau đó được kết nối với một mạch điện tử tiên tiến có khả năng xử lý tín hiệu. Tín hiệu được xử lý được đưa vào bộ vi xử lý tính lưu lượng thể tích của chất lỏng.

4. Công thức đo dòng điện: 

Đồng hồ đo điện từ sử dụng quy luật cảm ứng điện từ của Faraday để tạo ra một phép đo dòng chảy. Định luật của Faraday nói rằng bất cứ khi nào một vật dẫn có chiều dài ‘l’ di chuyển với vận tốc vuông góc với trường từ ‘B’, một emf ‘e’ được tạo ra theo hướng vuông góc với nhau được cho bởi:

E = Blv … (eq1)

+ B = Mật độ từ thông (Wb / m2)

+ L = chiều dài dây dẫn (m)

+ V = Vận tốc của dây dẫn (m / s)

5. Tốc độ dòng chảy Q được cho bởi Q = (πd2 / 4) v … (eq2) 

Gồm: D = đường kính ống

* V = vận tốc trung bình của dòng chảy (vận tốc dẫn trong trường hợp này)

* Từ phương trình (eq1)

* V = e / bl Q = πd2e / 4Bl

* Q = K Trong đó K là hằng mét.

– Vì vậy, tốc độ dòng chảy khối lượng tỷ lệ với emf cảm ứng. Trong ứng dụng thực tế chúng ta phải nhập giá trị ‘K’ không đổi trong lưu lượng kế từ có sẵn trong danh mục nhà cung cấp / hướng dẫn sử dụng.

6. Hạn chế của Máy đo lưu lượng điện từ:

6.1. Chất được đo phải là chất dẫn điện. Do đó, nó không thể được sử dụng để đo tốc độ dòng khí và hơi nước, các sản phẩm dầu mỏ và chất lỏng tương tự có độ dẫn rất thấp.

6.2. Làm cho đồng hồ không nhạy cảm với sự biến thiên của điện trở, điện trở hiệu dụng của chất lỏng giữa các điện cực không được vượt quá 1% trở kháng của mạch bên ngoài.

6.3. Nó là một thiết bị rất đắt.

6.4. Khi máy đo luôn đo tốc độ thể tích, sẽ bao gồm khối lượng của bất kỳ vật chất lơ lửng nào trong chất lỏng.

6.5. Để tránh bất kỳ rắc rối nào gây ra bởi không khí bị cuốn vào, khi ống dẫn được lắp vào đường ống nằm ngang, các điện cực phải nằm trên đường kính ngang.

6.6. Khi kiểm tra bằng không đối với việc lắp đặt có thể được thực hiện chỉ bằng cách dừng dòng chảy, các van phân cách được yêu cầu và cần phải có một vòng tránh qua mà luồng có thể được hướng trong suốt kiểm tra bằng không.

6.7. Đường ống phải chạy đầy, trong trường hợp van điều chỉnh được lắp phía trên đồng hồ đo.

7. Ưu điểm của máy đo lưu lượng điện từ:

7.1. Sự tắc nghẽn của dòng chảy hầu như không có và vì thế loại đồng hồ này có thể được sử dụng để đo sự ngưng trệ nặng, bao gồm bùn, nước thải và bột giấy từ gỗ.

7.2. Không có tổn thất đầu áp lực trong loại máy đo lưu lượng này khác với chiều dài của ống thẳng mà máy đo chiếm.

7.3. Chúng không bị ảnh hưởng nhiều bởi sự xáo trộn dòng chảy thượng lưu.

7.4. Chúng không bị ảnh hưởng bởi sự biến thiên về mật độ, độ nhớt, áp suất và nhiệt độ.

7.5. Yêu cầu về điện năng có thể thấp (15 hoặc 20 W), đặc biệt với DCtype xung.

7.6. Các đồng hồ này có thể được sử dụng làm đồng hồ hai chiều.

7.7. Bộ đo phù hợp với hầu hết các axit, bazơ, nước và dung dịch nước vì các chất liệu lót được lựa chọn không chỉ là chất cách điện tốt mà còn chống ăn mòn.

7.8. Đồng hồ được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ bùn không chỉ bởi vì chúng bị cản trở ít hơn mà còn bởi vì một số lớp lót như polyurethane, cao su và cao su có độ mài mòn tốt hoặc chống xói mòn.

7.9. Chúng có khả năng xử lý lưu lượng rất thấp.

8. Nhược điểm của EM Flow Meter

• Các thiết bị đo này chỉ có thể sử dụng cho các chất lỏng có độ dẫn điện hợp lý.
• Độ chính xác chỉ ở trong phạm vi ± 1% trong khoảng lưu lượng 5%.
• Kích thước và chi phí của các cuộn dây và mạch không gia tăng không đáng kể so với kích thước của ống khoan. Do đó kích thước nhỏ mét là cồng kềnh và tốn kém.

9. Ứng dụng của Meters Dòng EM

Đo lưu lượng điện từ này không xâm nhập loại, có thể được sử dụng chung cho bất kỳ chất lỏng nào có độ dẫn điện hợp lý trên 10 microsiemens / cm. Chất lỏng như bùn cát, bột than, bùn, nước thải, bột giấy, hóa chất, nước trừ nước cất trong đường ống lớn, chất lỏng nóng, chất lỏng nhớt cao đặc biệt trong công nghiệp chế biến thực phẩm, chất lỏng lạnh có thể được đo bằng máy đo lưu lượng điện .

10. Cách Sử dụng Đồng hồ Lưu lượng từ

• Máy đo lưu lượng từ đo vận tốc của chất lỏng dẫn trong các đường ống, chẳng hạn như nước, axit, chất ăn da, và chất bùn. Máy đo lưu lượng từ có thể đo đúng khi độ dẫn điện của chất lỏng lớn hơn khoảng 5μS / cm. Hãy cẩn thận vì sử dụng các máy đo lưu lượng từ đối với chất lỏng có độ dẫn thấp như nước deion hoá, nước cấp cho nồi hơi, hoặc hydrocarbon, có thể làm cho lưu lượng kế tắt và đo lưu lượng không.
• Lưu lượng kế này không làm tắc nghẽn dòng chảy, vì vậy nó có thể được áp dụng cho chất lỏng sạch, vệ sinh, bẩn, ăn mòn và mài mòn. Máy đo lưu lượng từ có thể được áp dụng cho dòng chất lỏng dẫn điện, do đó hydrocarbon và khí không thể đo bằng công nghệ này do tính chất không dẫn điện và trạng thái khí.
• Máy đo lưu lượng từ không đòi hỏi nhiều công trình chạy ngược dòng thượng lưu và hạ lưu nên chúng có thể được cài đặt trong các quãng đường tương đối ngắn. Lưu lượng kế từ trường thường đòi hỏi 3*5 đường kính của đường thẳng ngược dòng đầu và 0*3 đường kính của đường ống thẳng hạ lưu đo được từ mặt phẳng của các điện cực kế điện từ.
• Các ứng dụng cho chất lỏng dơ bẩn được tìm thấy trong nước, nước thải, khai khoáng, chế biến khoáng sản, điện, bột giấy và giấy, và các ngành công nghiệp hoá chất. Các ứng dụng nước và nước thải bao gồm việc chuyển quyền lưu giữ chất lỏng có nguồn nước giữa các quận nước / nước thải. Máy đo lưu lượng từ được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước để đo lượng nước thải được xử lý và không xử lý, nước, nước và hoá chất. Các ứng dụng trong ngành khai khoáng và chế biến khoáng sản bao gồm dòng nước quy trình và dòng xả quy trình và các luồng truyền tải nặng.
• Với sự chú ý thích hợp đối với các vật liệu xây dựng, có thể đo được dòng chất lỏng ăn mòn cao (như axit và chất ăn da) và chất bẩn. Các ứng dụng chất lỏng ăn mòn thường được tìm thấy trong quá trình công nghiệp hóa học, và trong các hệ thống thức ăn gia súc hóa học được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Các ứng dụng bùn thường được tìm thấy trong ngành khai thác mỏ, chế biến khoáng sản, bột giấy và giấy, và công nghiệp nước thải
• Lưu lượng kế từ thường được sử dụng khi chất lỏng được cho ăn bằng trọng lực. Đảm bảo rằng hướng của lưu lượng kế là như vậy mà lưu lượng kế được hoàn toàn đầy chất lỏng. Không đảm bảo rằng máy đo dòng chảy hoàn toàn đầy chất lỏng có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc đo lưu lượng.
• Cần đặc biệt cẩn thận khi vận hành các máy đo lưu lượng từ trong dịch vụ chân không bởi vì một số máy đo lưu lượng kế có thể sụp đổ và bị hút vào đường ống trong dịch vụ chân không, làm hỏng lưu lượng kế. Lưu ý rằng các điều kiện chân không có thể xảy ra trong các đường ống mà dường như không được tiếp xúc với dịch vụ chân không như các đường ống trong đó một khí có thể ngưng tụ (thường trong điều kiện bất thường). Tương tự, nhiệt độ quá cao trong các máy đo lưu lượng kế từ (thậm chí là trong điều kiện bất thường) có thể dẫn đến hư hỏng lưu lượng kế vĩnh viễn.

 

Nguồn: Endress+Hauser