Материалы и конструкция электродов в магнитометрах для измерения расхода жидкости
конструкция магнитного расходомера жидкости
Электрод обычно проходит через внутреннюю облицовку трубопровода и контактирует с жидкостью. Электрод обычно представляет собой болт с шаровой головкой, который проходит через внутреннюю облицовку и соединяется с болтом электрическим выводом. В связи с контактом электродов с жидкостями, материал электрода должен быть тщательно подобран. В качестве некоторых материалов используются немагнитная нержавеющая сталь (для агрессивных жидкостей), платино-иридиевый сплав, монель-металл, тантал, титан, цирконий (для агрессивных жидкостей) и хастеллой-С. Нержавеющая сталь также рекомендуется для измерения расхода бурового раствора, а также комбинированные электроды с керамической облицовкой.
Электроды для магнитного расходомера в целлюлозно-бумажной промышленности
В целлюлозно-бумажной промышленности и других отраслях промышленности бумага или другие материалы могут соприкасаться с электродами, создавая шум. По данным производителя, покрытие электродов пористой керамикой может снизить этот эффект.
Необходимы расходомеры пульпы . В связи с контактом электродов с жидкостями для их очистки применяются различные методы, в том числе:
• Протирание (скребок или щетка могут проходить через центр электрода, чтобы протереть поверхность) (Rose и Vass, 1995);
• Плавление (отключение других электронных соединений и удаление отложений на поверхности электрода при достаточно большом токе);
• Ультразвуковая очистка (использование ультразвуковых волн для вибрации электродов и создания локальной кавитации с целью очистки);
• Подвижные электроды;
• Электроды в форме пуль.
Метод выбора чистых электродов должен определяться с учетом характеристик осадка. Во многих случаях электроды склонны к самоочищению: при прохождении жидкости через электрод осадок задерживается, а проводимость покрытия на внутренней поверхности прибора может быть ниже, чем у большинства жидкостей. В современных системах постоянного тока входное сопротивление может быть достаточно большим, чтобы игнорировать влияние осадка. Однако высокое сопротивление может вызывать тепловой шум в сигнале электрода. Таким образом, хотя высокое сопротивление и обеспечивает отсутствие систематической погрешности, повторяемость показаний прибора снижается.
Магнитное поле обычно создаётся набором катушек и магнитных ярм, расположенных друг над другом. Обычно потребляемая мощность составляла 10–100 Вт, но теперь она может достигать всего 0,5 Вт. Благодаря использованию долговечных батарей минимальное потребление энергии может быть значительно ниже 0,5 Вт.
В результате использования переменного тока возбуждения возникает сигнал взаимной индукции, обусловленный изменением магнитного поля в контуре, образованном сочетанием электродного вывода и жидкости. На рисунке 7 показан неудачно сконфигурированный вывод и образовавшаяся область, связанная с изменением магнитного потока. Эта область не обязательно должна быть очень большой для генерации сигнала, сопоставимого с сигналом светофора. Его сигнал ортогонален (с разницей фаз 90° относительно сигнала потока), приблизительно ортогонально напряжению ~2πfBA.
Среди них f — частота, B — напряженность магнитной индукции, а A — площадь контура действия, спроецированная в направлении магнитного поля. Например, если f составляет 50 Гц, B составляет 0,02 Тл, а A — 1 см2, ортогональное напряжение составляет приблизительно 0,6 мВ. Однако сигнал, генерируемый при движении со скоростью 5 м/с в трубопроводе диаметром 0,1 м, составляет 10 мВ. Фазовый угол ортогонального напряжения отклоняется на 90 ° и расходуется как потери в стали в магнитной цепи, которые не могут быть уменьшены механической конструкцией или электронными схемами. Использование возбуждения постоянного тока может решить эту проблему путем прямого измерения сигнала расхода, когда магнитное поле остается постоянным в течение определенного периода времени. Однако существуют и другие проблемы, которые требуют большого напряжения для быстрого преодоления индуктивности катушки и установления магнитного поля, а затем поддержания стабильности для измерения расхода.
Монтаж компонента не должен приводить к превышению давления в трубопроводе, и необходимо обеспечить его заполнение жидкостью. Как правило, при монтаже измерительного участка трубопровода подключение электрода должно располагаться горизонтально, чтобы избежать короткого замыкания электрода при появлении пузырьков в верхней части трубопровода.
Большинство измерительных трубок изготовлены из нержавеющей стали, что позволяет проводить магнитные поля. Максимальное давление, которое может выдержать датчик, составляет 1000 бар.
Конструкция также должна предусматривать возможность использования в суровых и опасных условиях.
Рисунок 6: Катушка магнитного поля и ярмо
Рисунок 7: Связь между магнитным полем и сигнальными проводами
Преобразователи расходомера Mangetic (вторичный компонент)
Преобразователи электромагнитных расходомеров
В настоящее время многие типы электромагнитных расходомеров могут достигать требуемых функций в качестве
цифровых расходомеров . Самый долговременный используемый тип связи - 50 Гц или 60 Гц. Это связано с тем, что основной источник питания имеет частоту 50 Гц или 60 Гц, и на этой частоте магнитное поле и сигналы потока также сильны. Но некоторые распространенные новые конструкции используют низкочастотные прямоугольные волны с различными режимами, что приводит к затуханию ортогонального сигнала до того, как будет собран сигнал потока. Упомянутый здесь тип возбуждения прямоугольной волны (возбуждение постоянного тока) может иметь много разных названий в зависимости от производителя (Brobeil et al., 1993). Термин «тип постоянного тока» следует использовать с осторожностью, так как ранние приборы использовали тип постоянного тока, но не имели успеха. В конструкции постоянного тока напряженность магнитного поля относительно мала, но электронный шум и электромеханические эффекты в буровом растворе такие же, как и в конструкции переменного тока. Поэтому новейший разработанный прибор постоянного тока будет иметь специальный мощный модуль питания для решения этой проблемы.
Бонфиг и др. (1975) описали одну из первых успешных конструкций постоянного тока, названную ключевым полем постоянного тока. Хафнер (1985) описал другую систему, называемую коммутируемым постоянным током, которая имеет такие функции, как шумоподавление (активное и пассивное экранирование), электрохимическая активность, периодическое обнуление усилителя, многократная выборка сигнала, более высокая частота сбора данных (до 123 Гц), цифровая фильтрация и использование схем анализа шума потока. Использование низкого энергопотребления в конструкции (сниженное до 1,5 Вт, с уменьшенными размерами и весом) отвечает требованиям внутренней безопасности и аккумуляторного питания. Микропроцессорное управление также обеспечивает самообнаружение, температурную компенсацию, сменные первичные и вторичные инструменты и интерактивные функции. Кроме того, электрод также обеспечивает функции заземления и осмотра воздушной трубки. Херцог и др. (1993) изучали конструкции коммутируемого постоянного тока с электронной опорной точкой в одном цикле и обсуждали использование третьего электрода в частично заполненных трубопроводах.
Рисунок 8: Схема преобразования системы переменного тока
Выходной сигнал обычно составляет 0–10 мА или 4–20 мА. Расходомер может быть оснащён двумя-трёмя ручками регулировки диапазона для обеспечения полного диапазона показаний расхода жидкостей при скорости потока 1–10 м/с. Однако теперь их заменила микропроцессорная технология. Благодаря использованию интеллектуальных приборов для автоматической регулировки диапазона выходного сигнала, расходомер имеет функцию цифровой передачи данных и более широкий диапазон.
На рисунке 8 показана типичная структурная схема цепи переменного тока. Демодулятор устраняет ортогональное напряжение из опорного сигнала, а цепь переменного тока получает отношение сигнала тока к опорному сигналу.
Блок-схема на рисунке 9 (а) представляет собой типичный метод, применяемый в системах постоянного тока. Как показано на рисунке 9 (б), дискретизация в моменты времени τn, τn+1 и τn+2 усиливает дрейф базовой линии прямоугольного импульса, вызванный электрохимическими и другими эффектами, поэтому использование трёх точек дискретизации, очевидно, целесообразно.
В некоторых приборах может наблюдаться дрейф нуля, но обычно он незначителен. Он может быть вызван невозможностью полностью подавить непредвиденные напряжения, особенно ортогональные. Хотя метод отсечки применяется при низких скоростях потока, система постоянного тока, как утверждается, в настоящее время решает проблему дрейфа нуля, но это трудно подтвердить. Отсечка при низкой скорости потока обычно ограничена 1% от верхнего предела диапазона (Ginesi and Annarummo, 1994) или, возможно, ниже.
Общая погрешность преобразователя составляет 0,2% для широкого диапазона основных напряжений, ортогональных сигналов, колебаний температуры и т. д. Он также может измерять сигналы микрорасхода с низкой точностью.
Рисунок 9: Принципиальная схема цепи передатчика для системы постоянного тока
(а) Маршрут; (б) Измерительный сигнал
Коммерческие преобразователи магнитного расходомера обеспечат:
- Время выполнения инструкции – 0,1 с;
- Соотношение дальностей: максимальное 1000:1;
- Диапазон расхода: интервал 0,005~113000 м³/ч;
- Объем импульса сверхтока: 0,01~10 л/импульс.
Характеристики, предоставленные производителем, включают в себя:
- Для питания и передачи сигналов датчиков используются двухфазные кабели с искробезопасностью;
- реализовать передачу цифровых сигналов путем модуляции аналоговых сигналов посредством связи;
- Защита между компонентами, защита преобразователей IP65;
- Двойная частота (см. рисунок 10) выгодна как для высоких, так и для низких частот: раздельная обработка сигналов перед объединением частот приведет к низкой стабильности потока и низкому уровню шума;
Рисунок 10: Принципиальная схема двухчастотной рабочей цепи
(авторизованная ссылка Yokogawa Europe BV)
- Передача без помех;
- Самопроверка или увеличение данных обнаружения;
- Детектор воздушного движения, использующий электроды для определения состояния воздушного движения и подачи звукового сигнала тревоги (Ginesi и Annarummo, 1994);
- Заземляющий электрод;
- Обнаружение загрязнения основного электрода;
- Измерение двунаправленной жидкости с использованием соответствующих цепей;
- Автоматическая регулировка диапазона.
Специализированные интегральные схемы (ASIC) могут обеспечивать такие функции, как автоматические системы контроля для обнаружения обратного потока жидкости и других неисправностей, аварийные сигналы, двойной диапазон и некоторую интерфейсную связь (Vass, 1996).
Калибровка и эксплуатация магнитного расходомера
Мастерская по калибровке электромагнитных расходомеров серии SHD
Из-за различий в конструкции приборов, используемых в процессе производства расходомеров, электромагнитные расходомеры требуют калибровки, которая обычно выполняется производителем расходомера. Например, производитель электромагнитных расходомеров поставляет стандартный прибор с 13 точками калибровки, что обычно называется «мокрой» калибровкой. Сухая калибровка — это калибровка электромагнитных расходомеров путём измерения магнитных полей для получения сигналов жидкости. Связь между магнитным полем в определённой точке и всеми диапазонами прибора не так однозначна, как в уравнении (12.2), поэтому к любой текущей «сухой» калибровке следует относиться с осторожностью.
Работа электромагнитного расходомера не должна зависеть от проводимости жидкости, поэтому проводимость жидкости должна быть одинаковой по всей площади расходомера. Предполагая, что проводимость достаточно велика, чтобы сделать выходное сопротивление первичного компонента по крайней мере на два порядка меньше входного сопротивления вторичного компонента. Более того, значительные изменения проводимости могут вызвать погрешности нулевой точки в электромагнитных расходомерах переменного тока. Хотя некоторые считают, что тип импульсов постоянного тока не подвержен влиянию изменений проводимости выше определенного порога (Ginesi и Annarummo, 1994), один производитель все еще придерживается противоположной точки зрения, полагая, что тип переменного тока следует использовать для измерения двунаправленного потока, бурового раствора, жидкостей с низкой проводимостью и неоднородных потоков с быстро изменяющейся проводимостью. В любом случае, постоянное развитие типа постоянного тока гарантирует, что он в равной степени подходит для вышеуказанных ситуаций.
Выходное сопротивление компонента можно приблизительно выразить как
R≈1/dσ（Ω）
Где d — диаметр электрода, σ — проводимость.
Типичное сопротивление прибора с диаметром электрода 0,01 м можно получить из уравнения (3), как показано в таблице 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
|
Типичный вторичный компонент с входным импедансом 20 × 10⁶/Ом может обеспечить проводимость первых трёх жидкостей из Таблицы 2, но не последней. Производители ограничивают минимальное значение проводимости для приборов определённых размеров. Например, для электродов диаметром 25–100 мм допустимо снижение проводимости до 20 мкСм/см, но как минимум один производитель может обеспечить снижение проводимости на 0,05 мкСм/см.
Из-за нарушения электропроводности и однородности проводимости, а также неопределённости объекта измерения, наличие газа в жидкости приводит к погрешностям. Расходомеры должны работать в условиях, когда эти факторы можно игнорировать.
Магнитный расходомер измеряет расход морской воды.
Где используется электромагнитный расходомер?
Электромагнитные расходомеры широко используются для измерения расхода жидкостей. Они отлично подходят для любых проводящих жидкостей и практически всегда успешно справляются со своими задачами. Один промышленный эксперт однажды сказал, что единственная проблема, с которой он столкнулся, была при измерении кристаллизованной сахарной пудры, и причиной сбоя могли быть проблемы с жидкостью или её несовместимость. Если же их применять для измерения двухфазного или многофазного потока, где непрерывные компоненты должны быть проводящими, сигнал генерируется скоростью этих компонентов. Если же их применять для жидких металлов, то физические принципы их работы усложняются.
Магметр отлично подходит для любой проводящей жидкости.
Электромагнитные расходомеры применяются для измерения вязких жидкостей, едких химикатов, абразивных шламов и рабочих жидкостей с возможностью запуска и остановки. При этом расходомерная трубка должна быть заполнена (некоторые производители предлагают модели, способные измерять расход не в полной трубке), а электроды не должны замыкаться пузырьками (Ginesi и Annarummo, 1994). По возможности, в этот момент поток в измерительном трубопроводе должен быть направлен вверх. Если это горизонтальный трубопровод, электрод должен располагаться в горизонтальном направлении диаметра. Если прибор установлен в нижней части трубопровода, необходимо контролировать возможность налипания грязи или других жидкостей на электроды. Насадки имеют проводимость, отличную от свойств жидкости, и могут образовывать частично проводящий слой, изменяя внутренний диаметр и длину прибора. Если скорость прибора поддерживается выше 2–3 м/с, вероятность образования осадка уменьшается. Конические электроды также могут уменьшить образование осадка, и можно использовать системы очистки электродов. Неньютоновские жидкости могут изменить отклик. Износостойкий раствор может вызывать износ облицовки вблизи изгибов трубопроводов, а защита трубопроводов может снизить износ. Жидкость, используемая для очистки, должна быть совместима с рабочей жидкостью. Присадки также могут вызывать неравномерную электропроводность.
Магнитный расходомер измеряет коррозионную жидкость Технология коммуникационного стимулирования вновь оказалась пригодной для измерения расхода бурового раствора, содержащего большое количество газа. Этот шлам неоднороден, содержит большое количество твердых частиц неравномерного размера или склонен к образованию комков, что сопровождается пульсирующим течением. Примерно 15% промышленных потоков характеризуются такой ситуацией, включая пульпу и раствор. В этих областях применения импульсная технология постоянного тока постепенно стала важным выбором для замены технологии переменного тока.
В новом расходомере будут устранены радиочастотные помехи (RFI). Согласно инструкциям производителя, сигнальные кабели должны быть экранированы и заземлены. Роуз и Васс (1995) обсуждали применение технологии электромагнитных расходомеров в более сложных промышленных процессах:
Химический:
· кислоты,
щелочи ,
полимеры , лосьоны и резиновые растворы
Фармацевтика:
· распыляемые покрытия, приправы, медицинские и оздоровительные изделия
Горнодобывающая промышленность и минералы:
· железорудный шлам, пирит, магнетит, пирит, медь, глинозем
Еда и напитки:
· пиво, газировка, зубная паста, молоко, мороженое, сахар,
сок Вода и отходы:
· вода,
сточные воды , фекалии, ил, пищеварительные жидкости
Расход сточных вод, измеренный магнитометром
Целлюлозно-бумажная промышленность:
· черные и белые жидкости, коричневое сырье, отбеливающие химикаты, добавки
Завод по переработке ядерного топлива:
·радиоактивные и нерадиоактивные жидкости (Финлейсон, 1992)
Недавние литературные отчеты по приложениям включают:
·Может использоваться для решения проблем в потоке жидкого свинца-висмута (Кондо и Такахаши, 2005);
·Контроль за работой насоса (Anon, 2002);
·Измерение расхода шлама с использованием емкостных электродов (Окада и др., 2003);
·Мониторинг сточных вод (Кветневский и Мизстка Крук, 2005 г.);
· Непрерывная утилизация мусора: трубы очистки, трубы продувки и трубы переработки (Окада и Нисимура, 2000);
·Поток бурения (Арнольд и Мольц, 2000);
·Точное измерение производства алкилата и серной кислоты (Данн и др., 2003).
В этот список, возможно, также потребуется добавить шлак, цемент, шлам (абразив), реагенты для шихты и специальные применения, такие как сверхнизкая скорость, транзакционная транспортировка, жидкости с паровым трассированием, доменные жидкости, дозирование и коррозионные жидкости.
В условиях высокочастотных измерений (120 измерений в секунду) расходомеры переменного тока могут измерять импульсный расход насосов.
Некоторые производители предлагают электромагнитные расходомеры с размерами 2–25 мм для измерения расхода молока. Производители также предлагают приборы собственного размера для использования в гигиенической и бытовой химии, которые могут использоваться в высокоскоростных процессах массового производства с повторяемостью до 0,2%.
Каковы преимущества использования электромагнитных расходомеров?
1. Теория предполагает, что отклик электромагнитных расходомеров линейный (за исключением влияния различных распределений скорости потока), и единственная причина, по которой прибор не может показать нулевой расход, — это дрейф нуля. Это один из немногих приборов, способных на такую функцию, но его оценка была несправедливой, поскольку дрейф нуля всё же наблюдается. В современных конструкциях часто используется усечение диапазона малых расходов, чтобы избежать этой проблемы.
2. Непрерывный поток является наиболее ценным, особенно когда жидкость содержит твердые частицы или когда прохождение через препятствия может повредить канал потока.
Магнитный расходомер. Конструкция с полным проходом обеспечивает бесперебойный поток.
3. Подвижных частей нет.
4. Чувствительность компонентов трубы выше по потоку сопоставима с другими расходомерами, только слабее, чем у объемных расходомеров,
кориолисовых расходомеров или
ультразвуковых расходомеров с двумя или более звуковыми лучами.
Каковы недостатки использования электромагнитных расходомеров?
Его главный недостаток заключается в том, что он применим только для измерения проводящих жидкостей. Хотя в лаборатории имеются конструкции для измерения непроводящих жидкостей (трансформаторного масла или дизельного топлива), лишь одна или две коммерческие модели были разработаны для этой цели.
Какое-то в
Электромагнитный расходомер2017/04/12Купить качественный электромагнитный расходомер китайского производства по невысокой цене и в короткие сроки доставки. Получите стоимость измерителя Mag прямо сейчас в SILVER AUTOMATION INSTRUMENTS.view
Электромагнитный расходомер вставного типа2019/06/27Электромагнитный расходомер погружного зонда подходит для трубопроводов размером более 8 дюймов; это идеальное решение для измерения расхода токопроводящей жидкости большого диаметра, такой как сточная вода, питьевая вода ...view
Электромагнитный расходомер с батарейным питанием серии SHD: вопросы и ответы2018/07/05Вопрос 1 Магнитный расходомер серии SHD с батарейным питанием может также иметь внешний источник питания 12 В или 24 В постоянного тока? Ответ: Да, мы можем использовать этот тип магнитометра как с питанием от батареи, так и с источником питания 12 В ...view
Санитарный магнитный расходомер2018/11/21Датчик SHD-SE13 Magmeter - это устройство для измерения расхода санитарного типа. Он может измерять водопроводную воду, томатную пасту, жидкое яйцо, патоку, сок, уксус и т.д., которые широко используются в пищевой, пивоваренной и фармацевтической промышлеview
Магнитный расходомер с низким расходом2019/07/11Магнитные расходомеры с низким расходом могут обрабатывать поток жидкости до 0,33 л / мин (0,09 галлона в минуту), размер миниатюрного датчика расхода, который мы можем предоставить, составляет 1/8 дюйма, 1/4 дюйма, 3/8 дюйма, 1/2 дюйма, 3/4. ». Микропотоview
Магнитный расходомер жидкого навоза2018/11/21Магнитный расходомер жидкого навоза серии SHD-SE16 предназначен для измерения расхода жидких растворов с высоким уровнем шума; датчики потока для шлама, шламов и твердых частиц.view
