فلومتر الکترومغناطیسی

اندازه گیری جریان سیالات به عنوان یکی از مهمترین اقدامات اندازه گیری در صنایع مختلف می باشد و از اهمیت ویژه ای برخوردار است. فلو یا جریان سیال پس از دما، مهمترین کمیتی است که در صنایع نیاز به اندازه گیری آن می باشد. با توجه به اهمیت موضوع و همچنین تنوع در فرآیندهای صنایع مختلف، روش های گوناگونی برای اندازه گیری جریان سیال بوجود آمده است. یکی از آن ها فلومتر الکترومغناطیسی است که در اینجا به شرح آن می پردازیم.

فلومتر مغناطیسی یا دبی سنج یکی از پرکاربردترین و قابل انعطاف ترین فلومترهای موجود می باشد. با توجه به قانون فارادی که اساس عملکرد فلومترهای مغناطیسی می باشد، از این فلومترها برای سیالاتی استفاده می شوند که دارای هدایت الکتریکی هستند، لذا این تکنولوژی برای اندازه گیری فلوی هیدروکربن ها و گازها قابل استفاده نمی باشد. جهت اندازه گیری با این روش بایستی ضریب هدایت الکتریکی مایع بیش از 5 میکروزیمنس بر سانتی متر باشد:

Conductivity > 5 µs/cm

فلومتر یک ابزار صنعتی است که معمولا در خط های تولید، پالایشگاه ها، آزمایشگاه ها و تجهیزات نظامی مورد استفاده قرار می گیرد. وظیفه فلومتر اندازه‌گیری سرعت جریان و حجم سیال عبوری در واحد زمان است. عملکرد و گزارش نهایی فلومتر در حوزه های مختلف صنعتی مانند پالایشگاه ها اهمیت بسیاری دارد. میزان جریان عبوری سیال از سیستم لوله کشی می تواند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم برای محاسبات مختلف به کار گرفته شود.

اجزاء فلومتر الکترومغناطیسی

فلومتر در حالت کلی به 2 قسمت قابل تقسیم می باشد:

• سنسور
• ترنسمیتر

سنسور

سنسور در مسیر لوله قرار می گیرد و سیال از داخل آن عبور می نماید. جنس داخلی سنسور که در تماس با سیال می باشد برای سیال های مختلف متفاوت خواهد بود و به آن لاینر می گویند. داخل سنسور بسته به نوع فلومتر تعداد 2، 3 و یا 4 عدد الکترود به کار می رود که وظیفه آن ها اندازه گیری ولتاژ ایجاد شده در سیال می باشد که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

ترنسمیتر

ترنسمیتر 3 وظیفه اصلی دارد و بر روی سنسور نصب می شود، درصورت نیاز می توان آن را در محلی دورتر از سنسور نیز نصب نمود. وظیفه اول تامین برق مورد نیاز سنسور، جهت فعال نمودن سیم پیچ های داخل آن برای ایجاد میدان مغناطیسی است. وظیفه دوم اندازه گیری ولتاژ بدست آمده از الکترودهای موجود در سنسور می باشد. وظیفه سوم محاسبه حجم سیال عبوری از سنسور (بر اساس ولتاژ بدست آمده) و نمایش آن روی صفحه LCD است. نحوه اندازه گیری و محاسبات در ادامه توضیح داده خواهد شد.

اصول اندازه گیری در فلومترهای مغناطیسی

اساس عملکرد فلومتر مغناطیسی استفاده از قانون فارادی است. این قانون بیان می کند که هرجسم هادی که یک میدان مغناطیسی را قطع نماید، در داخل آن جسم ولتاژ القا خواهد شد که متناسب خواهد بود با شدت میدان مغناطیسی، زاویه برخورد جسم هادی با میدان مغناطیسی و بالاخره سرعت عبور آن جسم از درون میدان. دامنه ولتاژ تولید شده با سرعت عبور هادی، طول هادی و قدرت میدان مغناطیسی نسبت مستقیم دارد. هرچقدر سیال سریعتر حرکت کند، ولتاژ بیشتری تولید می شود.

شکل زیر، المان های یک فلومتر مغناطیسی را نشان می دهد. در این شکل، V بیانگر سرعت سیال هادی عبور کننده از یک لوله (غیرهادی) می باشد که از یک میدان مغناطیسی با قدرت B عبور می کند. الکترودها در فاصله D (همان قطر لوله) قرار گرفته اند:

سیالی که از بین الکترودها عبور می کند، سرعت و میدان مغناطیسی همگی در جایگاه مناسب نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند. در این شرایط قانون فارادی به صورت زیر خواهد بود:

E = k * B * D * V

در این فرمول:

• E : ولتاژ القا شده
• k : ضریب ثابت
• B : شدت میدان مغناطیسی
• D : قطر لوله (فاصله الکترودها)
• V : سرعت حرکت سیال

با توجه به رابطه فوق می توان سرعت عبور سیال را از فرمول زیر بدست آورد:

V = E / (k * B * D)

با توجه به ثابت بودن ضریب k و مشخص بودن قطر لوله (D) و شدت میدان مغناطیسی (B)، با اندازه گیری ولتاژ اندازه گیری شده توسط الکترودها، سرعت V بدست می آید. با ضرب سرعت بدست آمده در سطح مقطع فلومتر S، میزان حجم کل سیال عبوری Q به صورت لحظه ای بدست می آید:

Q = V * S

در این رابطه:

• Q : میزان حجم سیال عبوری
• V : سرعت عبور سیال
• S : سطح مقطع لوله (سنسور)

با فرض اینکه سرعت برحسب m/s و سطح مقطع برحسب m² می باشد، مطابق رابطه بالا:

m/s * m² = m³/s

حجم انتقالی یا دبی (Q) برحسب m³/s خواهد بود. با توجه به اعمال ضرایب مختلف می توان واحدهای مختلف دبی مانندlit/s , lit/min ,m³/h و... را از فلومتر دریافت نمود. در بعضی از مواد با توجه به ضرایب وزنی و حجمی می توان فلومتر را جهت اندازه گیری جرم انتقالی مورد استفاده قرار داد. واحدهای مورد استفاده دراین حالت g/s , kg/s , kg/h, ton/h و... می باشند.

کاربرد فلومتر مغناطیسی

همانطور که گفته شد، فلومتر را می توان برای تمام سیالاتی که هدایت الکتریکی دارند مورد استفاده قرار داد. محدودیت هایی که برای ما ایجاد می شود دما و میزان خورندگی سیال است که با تغییر جنس لاینر (بدنه داخلی سنسور که در تماس با سیال می باشد) و تغییر جنس الکترودها می توان تا حدودی این محدودیت را پوشش داد.
از فلومتر مغناطیسی می توان برای آب، سیالات تمیز، سیالات بهداشتی، سیالات خورنده، سیالات ساینده و سیالات خیلی کثیف و دوغاب استفاده کرد. با توجه به مواد بکار رفته در ساخت فلومترها، اندازه گیری فلوی مایعات با خورندگی بسیار بالا نظیر اسیدها و اکسیدهای کلسیم و دوغاب های ساینده، امکان پذیر است. سیالات خورنده در فرآیندهای صنایع شیمیایی و واحدهای شیمی اکثرکارخانجات استفاده می شوند. دوغاب ها نیز بیشتر در صنایع معادن، فرآیند جداسازی مواد معدنی از سنگ های کانی، خمیر کاغذ و صنایع بازیافت آب فاضلاب مورد استفاده هستند. همچنین این فلومترها در واحد های آب شیرین کن جهت اندازه گیری فلوی پساب آب فرایندی، آب و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. می توان انواع کاربرد فلومترها را به صورت زیر بیان نمود:

• تاسیسات آب فاضلاب، خروجی سدها، چاه ها، ایستگاه های پمپاژ، خطوط آبرسانی شهری و روستایی همچنین اندازه گیری آب خام، شرب یا تصفیه شده، هرزآب، فاضلاب و...
• صنایع شیمیایی، اسیدها، سودهای سوزآور، سرشین، چسب
• صنایع غذایی، آب معدنی، شیر، ماست، دوغ، ملاس، شیره چغندر
• صنایع دارویی
• صنایع فلزی / معدنی
• صنایع کاغذ / خمیرکاغذ
• صنایع دریایی
• صنایع شبکه لوله های آب / مدیریت نشست آب
• صنایع آبیاری کشاورزی
• صنایع اندازه گیری / خرید و فروش آب
• سیالات قابل انفجار و قابل اشتعال (ساخت بدنه فلومترهای ضد انفجار، در این نوع پروژه ها بسیار حائز اهمیت است)

محدودیت های نصب

محل نصب فلومتر مغناطیسی باید در نقطه ای از لوله در نظر گرفته شود که لوله از سیال همیشه پر باشد، این موضوع به شدت بردقت اندازه گیری فلومتر تاثیر می گذارد. چراکه مبنای محاسبات بر این فرض است که همیشه لوله پر از سیال می باشد. درصورتیکه نیاز باشد با کمک زانویی در دو طرف فلومتر به گونه ای نصب می نماییم که لوله از سیال پر باشد، مانند شکل زیر:

هنگام استفاده از فلومتر باید به محدوده قابل اندازه گیری آن توجه نمود. سرعت عبور سیال باید در محدوده قابل اندازه گیری باشد، چراکه اگر از حدی کمتر و یا بیشتر باشد، اندازه گیری صفر و یا با خطای زیاد خواهد بود.

انتخاب فلومتر مغناطیسی

اگرچه انواع بسیار زیادی از فلومترهای مغناطیسی جهت اندازه گیری دبی سیالات در دسترس می باشد و همه آن ها نیز بر اساس قانون فارادی و ایجاد ولتاژ، در اثر عبور سیال از میدان مغناطیسی عمل می کنند، اما علی رغم این تشابه، بعضی از فلومترها برای برخی کاربردها نسبت به دیگر فلومترهای مغناطیسی مناسب تر هستند. قیمت، دقت، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده از جمله فاکتورهای مهمی هستند که باید در انتخاب فلومتر در یک پروژه مورد توجه قرار گیرند.
برحسب کاربرد، مواد بکار رفته در لوله سیال و فلومتر، بر درستی اندازه گیری تاثیر می گذارد. به علاوه، شکل سرعت سیال و ظرفیت سیستم فلومتر برای اداره کردن آشفتگی های سیال و تداخلات دیگر، اغلب نوع تجهیز مناسب برای یک کاربرد خاص را تعیین می کند. جهت اطمینان از کارایی قابل اطیمنان در اندازه گیری فلوی جاری شده، مقیاس فلومتر در محدودیت سایز و سرعت عبور سیال باید مورد توجه قرار گیرد.
خصوصیات فیزیکی یک فلومتر مغناطیسی، بخصوص سایز آن، بر توانایی آنالیز فلومتر و مقدار سرعتی که می تواند بطور موثر پوشش دهد تاثیر می گذارد. سایز اندازه گیری اکثر فلومترهای مغناطیسی بین 0.6 تا 8 اینچ (حدود 15 تا 200 میلیمتر) و رنج سرعت بین 0.3 تا 10 متر بر ثانیه می باشد. هر چه اندازه فلومتر بزرگتر و ظرفیت سرعت آن بیشتر باشد، رنج فلویی که می تواند اندازه بگیرد بیشتر می شود. بعضی از فلومترها قابلیت اندازه گیری سرعت زیر رنج استاندارد را دارند اما در این حالت دقت فلومتر پایین می آید. مشابه همین امر، سرعت های بالاتر از حد استاندارد (5 متر بر ثانیه) را اندازه گیری می کنند ریسک و خطر از بین رفتن لوله را افزایش می دهند. پس استفاده از فلومتر در سرعت های پایین تر از حد استاندارد، دقت فلومتر را پایین می آورد و استفاده از فلومترهای بالاتر از حد استاندارد سرعت خطر از بین رفتن لوله را افزایش می دهد.

انتخاب جنس الکترودها

برای مایعاتی که خورنده نیستند، بطور معمول از فولاد ضد زنگ استفاده می شود. جهت مایعاتی که خورنده هستند با توجه به خواص شیمیایی سیال موارد زیر قابل استفاده است :

• فولاد ضد زنگ
• بعضی از آلیاژهای نیکل
• پلاتینیوم
• پلاتینیوم / ایریدیوم
• تانتالوم ؛ تیتانیوم

انتخاب لاینر (Liner)

از آنجا که اساس عملکرد فلومترهای مغناطیسی ایجاد میدان مغناطیسی و اندازه گیر ولتاژ القاء شده بر اساس قانون فارادی می باشد، اگر جنس لوله ای که سیال از آن عبور می کند، از مواد مغناطیسی باشد، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیال مختل شده و اتصال کوتاه رخ می دهد. به همین ترتیب اگر سطح داخلی لوله رسانا باشد این موضوع نیز باعث اتصال کوتاه شدن الکترودها می شود. لذا در لوله کشی خطوطی که قرار است فلومتر مغناطیسی در آن نقطه نصب شود، باید از مواد غیرمغناطیسی مانند فولاد ضد زنگ استفاده نمود، همچنین جنس لاینر باید از مواد عایق باشد. لاینر باید برحسب کاربرد انتخاب شده و نسبت به عوامل زیر مقاوم باشد:

• دما
• فشار
• ساییدگی
• فرسایش
• خوردگی شیمیایی

جنس لاینری که عموما برای فلومترها مورد استفاده قرار می گیرند، به شرح زیر می باشند:

• تفلون (PTFE)
  • مناسب جهت محدوده دمایی 50- الی 200+ درجه سانتی گراد
  • مقاومت بسیار خوب در برابر فرسایش ناشی از ذرات ریز
  • مقاوم در برابر اکثر بازها و اسیدها
  • برای کاربردهای صنایع غذایی و آب آشامیدنی مناسب نمی باشد.
• نوپرن (Neoprene)
  • مناسب جهت محدوده دمایی 0 الی 100 درجه سانتی گراد
  • مقاومت خوب در برابر فرسایش، خصوصا نفت و گریس
  • مقاومت خوب در برابر واکنش شیمیایی، خصوصا نفت و گریس
• لاستیک نرم (Soft Rubber)
  • قیمت ارزان
  • مقاومت بالا در مقابل سایش
  • مناسب برای استفاده در دوغاب
• لاستیک سخت ( Hard Rubber)
  • مناسب جهت محدوده دمایی 0 الی 90 درجه سانتی گراد
  • مناسب جهت کاربرد عمومی
  • مناسب جهت آب و دوغاب رقیق
• سرامیک (Ceramic)
  • مناسب جهت محدوده دمایی 60- الی 250+ درجه سانتی گراد
  • مقاومت بالا در مقابل سایش
  • مقاومت بالا در برابر خوردگی
  • قیمت مناسب
  • مناسب برای کاربردهای بهداشتی
  • استحکام بالا در برابر فشار
  • مقاومت پایین در برابر کشش
  • شکننده
  • امکان شکستن با تغییرات ناگهانی دما
  • غیرقابل استفاده با اسیدهای اکسید کننده یا بازهای قوی

مزایای فلومتر الکترومغناطیسی

• دقت بالا
• مصرف برق بسیار پایین
• قابلیت استفاده برای سیالات با خورندگی بالا و دوغاب ها
• عدم ایجاد افت فشار در مسیر سیال
• عدم وجود قسمت متحرک
• مقاومت خوب در برابر فرسایش
• گران روی، فشار و چگالش بر عملکرد آن تاثیر نمی گذارد
• در محدوده وسیعی از نرخ فلو سیال قابل استفاده است
• شامل سایزهای مختلف می باشد

معایب فلومتر الکترومغناطیسی

• قیمت بالا
• باید در محلی از لوله نصب شوند که پر از سیال باشد
• فقط برای مایعاتی کاربرد دارد که دارای هدایت الکتریکی هستند و یا به عبارتی رسانا می باشند
• محدودیت سرعت عبور سیال

لینک محصولات مرتبط:

• فلومتر الکترومغناطیسی مدل M500-FC
• کنتور آب الکترومغناطیسی هوشمند دارای باتری MWM-525
• کنتور هوشمند الکترومغناطیسی آب (باتری بیس) مدل MWM-520
• کنتور هوشمند الکترومغناطیسی آب مدل MWM-500