امروزه انواع مختلفی از فلومترها و سنسورهای اندازه‌گیری جریان در دنیا موجود هستند. با این حال فلومترهای مغناطیسی که با نام‌های جریان سنج الکترومغناطیسی (electromagnetic flow meter) یا مگ متر (mag meter) نیز شناخته می‌شوند، اغلب به دلیل انسداد کمتر در مسیر جریان، مقرون به صرفه بودن، اندازه‌گیری دو جهته، و اندازه‌گیری جریان حجمی به صورت بسیار دقیق، مورد توجه بسیاری از صنایع قرار گرفته‌اند. این فلومترها از طیف وسیعی از مواد لاینر و الکترودها استفاده می‌کنند و در اندازه‌های بسیار مختلفی، از یک‌چهارم تا 80 اینچ ساخته می‌شوند و برای کاربردهای با نویز بالا بسیار مناسب هستند. در ادامه انواع فلومتر الکترومغناطیسی و نحوه کارکرد آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.
فلومتر الکترومغناطیسی چیست
فلومترهای الکترومغناطیسی (همچنین ماگ متر، الکترومگ متر یا جریان سنج مغناطیسی نیز نامیده می‌شوند)، جریان سنج‌های حجمی هستند که از القای الکترومغناطیسی برای اندازه‌گیری سرعت مایعات استفاده می‌کنند. این روش برای اندازه‌گیری دبی سیالات پایه آب هنگام عبور از یک خط لوله بسیار دقیق است.
فلومترهای الکترومغناطیسی دارای طراحی بدون انسداد هستند، یعنی هیچ مانعی بر سر جریان مایع نیست، و با الکترودهای تعبیه شده در 4 طرف لوله برای دریافت سیگنال کار می‌کنند. فلومتر الکترومغناطیسی در بسیاری از کاربردهای شهری و صنعتی بسیار خوب عمل می‌کند و به همین دلیل به کنتوری محبوب برای اندازه‌گیری مایعات رسانا مانند آب یا دوغاب تبدیل شده است. در نهایت، فلومتر الکترومغناطیسی هیچ قطعه متحرکی ندارد، بنابراین نیاز به تعمیر و نگهداری یا تعویض قطعات در آن بسیار نادر است. دقت این نوع فلومتر در یک محدوده جریان گسترده می‌تواند 0.5% از نرخ جریان و یا حتی بهتر نیز باشد.
اصول کارکرد فلومتر الکترومغناطیسی
فلومتر الکترومغناطیسی جریان را با استفاده از قانون القای فارادی تشخیص می‌دهد. در داخل یک فلومتر الکترومغناطیسی، یک سیم پیچ الکترومغناطیسی وجود دارد که یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، و الکترودهایی که نیروی الکتروموتیو (ولتاژ) را جذب می‌کنند، اطلاعات را به کانورتر فرستاده و در آنجا جریان دقیق سیال بر روی نمایشگر به نمایش درمی‌آید. پس اگرچه ممکن است به نظر برسد که در داخل لوله یک فلومتر الکترومغناطیسی هیچ چیزی وجود ندارد، اما همین میدان مغناطیسی به همراه تکنولوژی پیشرفته‌ای که در پشت آن قرار دارد برای اندازه‌گیری بسیار دقیق جریان سیال کافیست!
حال بیایید ببینیم که اصول کارکرد یک فلومتر الکترومغناطیسی چیست و چگونه با استفاده از قانون فارادی می‌تواند جریان سیال را با چنین دقت‌های بالایی اندازه بگیرد؟
بر اساس قانون القایی فارادی، هنگامی که یک محیط رسانا (هادی) از میدان مغناطیسی B عبور می‌کند، ولتاژ E ایجاد می‌شود که متناسب با سرعت v محیط، چگالی میدان مغناطیسی و طول رسانا است. در یک جریان سنج مغناطیسی، جریانی به سیم پیچ‌هایی که در داخل یا خارج بدنه کنتور نصب شده‌اند اعمال می‌شود تا میدان مغناطیسی ایجاد کند. مایعی که از لوله عبور می‌کند به عنوان رسانا عمل کرده و تحت میدان مغناطیسی ولتاژی را القا می‌کند که متناسب با سرعت متوسط جریان است. این ولتاژ توسط الکترودهای حسگر نصب شده در بدنه دستگاه تشخیص داده شده و به یک transmitter (فرستنده) ارسال می‌شود تا دبی حجمی را بر اساس ابعاد لوله محاسبه کند. از نظر ریاضی، می‌توانیم قانون فارادی را اینگونه بیان کنیم: E متناسب با V x B x L است که در آن، E ولتاژ تولید شده در هادی، V سرعت رسانا، B قدرت میدان مغناطیسی و L طول هادی است.
بنابراین بسیار مهم است که مایعی که قرار است جریان آن با استفاده از دبی سنج مغناطیسی اندازه‌گیری شود، رسانای الکتریکی باشد. قانون فارادی نشان می‌دهد که ولتاژ سیگنال (E) به سرعت متوسط مایع (V)، طول هادی (D) و شدت میدان مغناطیسی (B) بستگی دارد. بنابراین میدان مغناطیسی باید در سطح مقطع لوله ایجاد شود. اساساً هنگامی که مایع رسانا از درون میدان مغناطیسی جریان می‌یابد، ولتاژ القا می‌شود. برای اندازه‌گیری این ولتاژ تولید شده (که متناسب با سرعت جریان مایع است)، از دو الکترود فولادی ضد زنگ (یا متریال‌های دیگری مثل تانتالیوم) استفاده می‌شود که در مقابل یکدیگر نصب شده‌اند. این دو الکترود در داخل فلومتر قرار می‌گیرند، سپس به یک مدار الکترونیکی پیشرفته متصل می‌شوند که توانایی پردازش سیگنال را دارد. سیگنال پردازش شده وارد ریزپردازنده‌ای می‌شود که جریان حجمی مایع را محاسبه می‌کند.
محدودیت‌های جریان سنج‌های الکترومغناطیسی
- سیال مورد اندازه‌گیری باید رسانا باشد. بنابراین نمی‌توان از آن برای اندازه‌گیری دبی گازها و بخار، فرآورده‌های نفتی و مایعات مشابه با رسانایی بسیار پایین استفاده کرد.
- برای اینکه فلومتر نسبت به تغییرات مقاومت مایع حساس نباشد، مقاومت موثر مایع در فاصله بین الکترودها نباید از 1% امپدانس مدار خارجی تجاوز کند.
- از آنجایی که فلومتر همیشه میزان حجم را اندازه می‌گیرد، حجم هر ماده معلق در مایع هم در خروجی نهایی لحاظ می‌شود.
- برای جلوگیری از هرگونه مشکل ناشی از هوای حباب شده، هنگامی که لوله جریان در یک خط لوله افقی نصب می‌شود، الکترودها باید روی قطر افقی لوله قرار گیرند.
- از آنجایی که بررسی زیرو در نصب فقط با متوقف کردن جریان می‌تواند انجام شود، شیرهای جداکننده مورد نیاز هستند و همچنین ممکن است یک خط بای‌پس لازم باشد که جریان از طریق آن در خلال بررسی زیرو هدایت شود.
مزایای فلومتر الکترومغناطیسی
- انسداد جریان تقریباً صفر است و بنابراین می‌توان از این نوع کنتورها برای اندازه‌گیری سیالات سنگین از جمله گل و لای، فاضلاب و خمیر چوب استفاده کرد.
- هیچ افت فشاری در این نوع دبی سنج به غیر از طول لوله مستقیمی که فلومتر اشغال می‌کند وجود ندارد.
- این دستگاه چندان تحت تأثیر اختلالات جریان بالادست نیست.
- فلومترهای الکترومغناطیسی عملاً تحت تأثیر تغییرات چگالی، ویسکوزیته، فشار و دمای سیال نیستند.
- نیاز به برق می‌تواند کم باشد (15 یا 20 وات)، به ویژه در انواع DC پالسی.
- این فلومترها می‌توانند به عنوان کنتورهای دو طرفه استفاده شوند.
- این فلومترها برای اکثر اسیدها، بازها، آب و محلول‌های آبی مناسب هستند، زیرا مواد پوششی انتخاب شده نه تنها عایق‌های الکتریکی خوبی هستند، بلکه در برابر خوردگی نیز مقاومند.
- این فلومترها به طور گسترده برای صنایع دوغاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما نه فقط به این دلیل که انسداد کمتری دارند، بلکه به این دلیل که برخی از آسترها مانند پلی اورتان، نئوپرن و لاستیک مقاومت سایشی یا فرسایشی خوبی دارند.
- این فلومترها قادر به اندازه‌گیری جریان‌های بسیار کم هستند.
معایب جریان سنج مغناطیسی
این کنتورها فقط برای سیالاتی قابل استفاده هستند که رسانایی الکتریکی مناسبی دارند.
اندازه و هزینه ساخت دستگاه متناسب با اندازه لوله آن‌ها افزایش نمی‌یابد. در نتیجه فلومترهای اندازه کوچک هم می‌توانند گران قیمت و بزرگ باشند.
کاربردهای فلومتر مغناطیسی
فلومتر الکترومغناطیسی به طور کلی می‌تواند برای هر سیالی که دارای رسانایی الکتریکی معقول است (معمولا بالای 10 میکروزیمنس بر سانتی متر) استفاده شود. سیالاتی مانند دوغاب شن و ماسه، پودر زغال سنگ، فاضلاب، خمیر چوب، مواد شیمیایی، هر آبی غیر از آب مقطر در خطوط لوله بزرگ، سیالات داغ، سیالات با ویسکوز بالا به ویژه در صنایع غذایی و سیالات برودتی را می‌توان با جریان سنج الکترومغناطیسی اندازه‌گیری کرد.
نصب فلومتر الکترومغناطیسی
فلومتر مغناطیسی باید همیشه پر از مایع باشد و بنابراین، مکان ارجح برای نصب آن در خطوط جریانِ عمودیِ رو به بالا است. نصب در خطوط افقی در صورتی قابل قبول است که دستگاه در پایین‌ترین نقطه در خط باشد و الکترودها در بالای لوله قرار نگیرند، یعنی دو الکترود اصلی به صورت افقی در روبه روی هم قرار داشته باشند. این کار از تماس هوا با الکترودها جلوگیری می‌کند. هنگامی که سیال مورد اندازه‌گیری دوغاب است و دستگاه در نقطه پایینی خط نصب می‌شود، باید در طول دوره‌های طولانی خاموشی، دستگاه را از خط جدا کرد تا مواد جامد بر روی الکترودها و لاینر آن ته نشین نشوند و اجزای داخلی را نپوشانند.
فلومترهای مغناطیسی معمولا به 5D (پنج برابر قطر داخلی دستگاه) لوله مستقیم در بالادست و به اندازه 2D لوله مستقیم در پایین دست خود نیاز دارند تا دقت خود را حفظ کرده و سایش لاینر را به حداقل برسانند. البته این اعداد توسط سازنده‌های مختلف، طبق استاندارد ISO4064 و OIML R49 می‌توانند متفاوت بیان شوند. محافظ‌های لاینر برای محافظت از لبه جلویی آسترها در برابر اثرات سایشی سیالات، تا روی فلنج فلومتر گسترش می‌یابند. اگر فلومتر مغناطیسی در یک لوله افقی با طول بیش از 10 متر نصب شده باشد، لوله در دو طرف کنتور باید توسط ساپورت‌هایی نگه داشته شود.
فلومتر مغناطیسی باید به طور الکتریکی به مایع فرآیند متصل (ارت) شود، چراکه فلومتر بخشی از مسیر هر جریان سرگردانی است که از خط لوله یا مایع فرآیند عبور می‌کند. بنابراین با اتصال دو سر کنتور به سیال فرآیند، اتصال کوتاهی را برای جریان‌های سرگردان ایجاد می‌کنیم و آن‌ها را به جای عبور از لوله در اطراف لوله جریان می‌دهیم. اگر سیستم به درستی ارت نشده باشد، این جریان‌ها می‌توانند در زیروی خروجی فلومتر مغناطیسی یک جابجایی ایجاد کنند. اتصال الکتریکی به سیال فرآیند را می‌توان با تسمه‌های ارت فلزی به دست آورد. این تسمه‌ها هر انتهای لوله جریان را به فلنج‌های خط لوله مجاور که به نوبه خود با مایع فرآیند در تماس هستند متصل می‌کنند. تسمه‌ها زمانی استفاده می‌شوند که لوله‌ها رسانای الکتریکی باشند. هنگامی که لوله نارسانا یا اندود شده باشد، از حلقه‌های ارت استفاده می‌شود.
سخن نهایی
امروزه فلومترهای الکترومغناطیسی به اولین انتخاب صاحبان بسیاری از صنایع و شرکت‌ها برای اندازه‌گیری جریان‌های سیال کوچک و بزرگ تبدیل شده‌اند، چراکه این فلومترها دقت ذاتی بسیار بالا و عمری طولانی دارند و هزینه نگهداری آن‌ها ناچیز است. در این راستا شرکت دانش بنیان فراسنج ابزار با حدود 30 سال سابقه در تولید فلومتر الکترومغناطیسی و همکاری با سازندگان بزرگ دنیا همانند کمپانی یورومگ، پروژه‌های بزرگی را در سرتاسر کشور اجرا و بهره‌برداری نموده است. شما می‌توانید برای دریافت مشاوره تخصصی رایگان برای خرید یک فلومتر الکترومغناطیسی مناسب با نیاز خود، با شماره تلفن 021-66905629 و 021-66905630 تماس گرفته و از آخرین محصولات و قیمت‌های ما مطلع شوید.