Budowa przepływomierza elektromagnetycznego

W celu zrozumienia, z czego wynikają błędy podczas projektowania i doboru przepływomierzy elektromagnetycznych należy w pierwszej kolejności poznać budowę oraz zasadę działania przepływomierza. Przepływomierze elektromagnetyczne składają się z dwóch części: czujnika montowanego na rurze oraz elektroniki, która obrabia sygnał dostarczony z czujnika (zdjęcie 1).

Wewnątrz czujnika znajdują się 4 elektrody: dwie pomiarowe umieszczone horyzontalnie, dolna uziemiająca oraz górna odpowiadająca za detekcję wypełnienia rury, czyli tzw. test pustej rury (zdjęcie 2).

Zasada działania przepływomierza elektromagnetycznego opiera się na zjawisku Faradaya, które polega na tym, że za pomocą pola magnetycznego można wytworzyć prąd elektryczny. Wewnątrz każdego przepływomierza znajdują się 2 cewki wytwarzające stałe pole elektromagnetyczne. Naładowane elektrycznie dodatnie i ujemnie cząstki cieczy w momencie przepływu gromadzą się po przeciwnych stronach elektrod pomiarowych indukując napięcie. Dwie elektrody zainstalowane pod kątem prostym do pola elektromagnetycznego mierzą napięcie (elektrody pomiarowe). Im większy przepływ tym większe napięcie występuje na elektrodach pomiarowych.

Przepływomierz elektromagnetyczny dla cieczy przewodzących prąd elektryczny

To właśnie budowa oraz zasada działania definiuje do jakich pomiarów idealnie sprawdzi się przepływomierz elektromagnetyczny. Znajduje on zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu takich jak: branża wodociągowa, przemysł papierniczy, farmaceutyczny, spożywczy, chemiczny i wiele innych. To nie oznacza, że w każdej aplikacji bez problemu możemy wykorzystać te urządzenia. O czym należy przede wszystkim pamiętać? Mierzona ciecz musi być przewodząca, czyli przewodzić prąd elektryczny i posiadać dodatnie i ujemne cząstki. Minimalnie wymagana przewodność wynosi 20µS. Jest to konieczne do indukowania się napięcia na elektrodach pomiarowych. Przy cieczach dielektrycznych takie zjawisko nie powstanie. Dlatego tego rodzaju urządzenia nie nadają się do pomiaru wody demineralizowanej, paliw, farb, polimerów itp. Idealnie za to sprawdzają się w pomiarach przepływu wody (czystej, brudnej, basenowej itp.), soków, piwa, chemikaliów i wielu innych. Z kolei dzięki temu, iż przepływomierze nie posiadają elementów ruchomych, a wewnątrz przepływomierza jest niemal idealnie równa powierzchnia, możemy opomiarować ciecze zawierające elementy stałe jak np. ścieki, a także pulpę owocową i papierową czy nawet beton.

Przepływomierz elektromagnetyczny - pamiętaj o prędkości przepływu!

Niezależnie od medium jakie mierzymy i jego przewodności, konieczna jest odpowiednia prędkość przepływu w celu wygenerowania napięcia na elektrodach pomiarowych. Aby uzyskać odpowiednią jakość pomiaru, czyli z maksymalnym błędem pomiarowym 0,5% zaleca się przepływ z prędkością 0,2 m/s. Stanowi to 1/60 prędkości maksymalnej przepływu jaki jesteśmy w stanie zmierzyć czyli 12m/s. Z tabeli obok możemy uzyskać przelicznik jak to wygląda w przeliczeniu na m3/h. W pewnych średnicach istnieje możliwość zwiększenia czułości przepływomierza dla  minimalnych prędkości przepływu do 1/100, a nawet do 1/200 prędkości maksymalnej, czyli 0,12 m/s czy nawet do 0,06 m/s. Należy w tym momencie zaznaczy, że wartości przepływów w m3/h odnoszą się do równomiernego przepływu przez pełną godzinę. Dla przykładu, jeśli posiadamy przepływ 5m3/h, ale płynie on wyłącznie przez 10 minut w ciągu godziny to de facto posiadamy średni przepływ 30 m3/h i właśnie tak powinno dobierać się zakres pomiarowy przepływomierzy. 

Przepływomierz elektromagnetyczny dla rurociągów w pełni wypełnionych – test pustej rury

Z powyższego wynika, iż mierzymy prędkość przepływu cieczy w rurociągu, a ilość jest proporcjonalnie przeliczana przez przekrój rurociągu z m/s na m3/h. Dlatego w celu prawidłowego pomiaru, medium MUSI przepływać pełną rurą. Oczywiście, dotyczy to klasycznych przepływomierzy elektromagnetycznych, a nie wersji specjalnych z pomiarem poziomu, które przeliczają przepływ proporcjonalnie w zależności od poziomu wypełnienia. W standardowych wykonaniach przepływomierza elektromagnetycznego wolna przestrzeń stanowić będzie błąd pomiarowy. Do wyeliminowania tego błędu służy właśnie elektroda odpowiadająca za test pustej rury. 

Na czym to polega? W przypadku kiedy elektroda pomiarowa zamontowana w górnej części przepływomierza „styka się” z medium  otrzymujemy informację, iż medium przepływa pełna rurą. W przypadku włączonego testu pustej rury i styku elektrody z medium, przepływomierz wyświetli status:  Test pustej rury OK. W przypadku braku kontaktu z medium otrzymamy komunikat na ekranie głównym: „Uwaga! Pusta rura!” i automatycznie przepływomierz wstrzyma pomiar. Możemy również wyłączyć test pustej rury i założyć, że medium zawsze płynie pełnym przekrojem rury, a każda wolna przestrzeń będzie błędem pomiarowy. Należy tutaj pamiętać, iż przepływomierz przestanie liczyć dopiero w przypadku spadku poziomu medium, poniżej elektrod pomiarowych, czyli poniżej 50% wypełniania. Należy tutaj pamiętać, iż przepływomierz przestanie liczyć dopiero w przypadku spadku poziomu medium, poniżej elektrod pomiarowych, czyli poniżej 50% wypełniania.

Czasami zdarza się również, iż brak pełnego wypełnienia jest w pewnym zakresie akceptowalny dla użytkownika. W takim przypadku użytkownicy montują przepływomierz z przesunięciem o jedną śrubę na kołnierzach co powoduje, iż elektroda odpowiadająca za test pustej rury nie znajduje się idealnie w górnej części rurociągu i pewna wolna przestrzeń przy włączonym teście pełnej rury będzie miała status  pustej rury: OK (Rysunek 2 - środkowy schemat). Ta wolna przestrzeń będzie naszym ponadnormatywnym błędem pomiarowym. Dopiero spadek poziomu poniżej elektrody testowej spowoduje błąd i zatrzyma liczenie.

Materiał czujników i wyłożenia przepływomierza elektromagnetycznego

Warto zwrócić  również uwagę na różne dostępne materiały czujników jak i samego wyłożenia wewnątrz czujnika.  Przed zakupem przepływomierza bardzo ważne jest podanie medium jakie będzie mierzone za jego pomocą. Odpowiedni dobór materiałów pozwoli 
na dłuższą i bezawaryjną pracę przepływomierza. Posiadamy pełną listę kompatybilności materiałowej zarówno dla wyściółki przepływomierza jak i materiałów elektrod. Poza najbardziej popularnym wyłożeniem z gumy mamy w opcji również teflon (PTFE,ETFE), teflon wzmocniony siatką (PFA) czy wyłożenie z ceramiki. Z kolei standardowe elektrody wykonane są ze stali nierdzewnej SS316Ti, a opcjonalnie dostępne są elektrody z materiałów takich jak: Hastelloy C4, tytan czy tantal dla najbardziej wymagających aplikacji.

Dobra praktyka - zwężanie rurociągu 

Wracając do odpowiedniego przepływu medium przez rurociąg, czyli zapewnienia odpowiedniego wypełnienia oraz minimalnej prędkości przepływu najlepiej stosować przepływomierz w aplikacjach z przepływem wymuszonym (pompowym). Tutaj też warto dobierać wartość przepływ nominalnego w przedziale 20%-80% zakresu pomiarowego i pozostawić sobie pewien margines na niestandardowe, okresowe przepływy poza tym przedziałem. W tym celu, dobrą praktyką jest zwężanie rurociągu tak aby przepływ był szybszy i na pewno przepływał pełną rurą. Przy zwężaniu rurociągu należy pamiętać, iż kąt stożka nie powinien być większy niż 7° (Rysunek 3).

Jeśli nie mamy możliwości zwężenia przepływu to w takim przypadku możemy zwiększyć czułość przepływu do 1/100 prędkości przepływu maksymalnego ( dla średnic od DN10 do DN400) lub nawet do 1/200 ( dla średnic od DN15 do DN200). Co istotne, prędkość przepływu medium poniżej minimalnej prędkości pomiarowej nie spowoduje zatrzymanie pomiaru, a jedynie spowoduje pomiar z nieco większym błędem pomiarowy w okolicach 1-2%, niż standardowe 0,5%.

Przepływomierze elektromagnetyczne z serii Flow od ComacCal

W naszej ofercie posiadamy przepływomierze elektromagnetyczne z serii Flow czeskiego producenta Comac Cal. Do najbardziej popularnych należy klasyczny przepływomierz elektromagnetyczny Flow 38, który występuje też w wersji zMID. Do Flow38 można dokupić moduł telemetryczny IoT, który umożliwia zdalny dostęp do danych pomiarowych poprzez platformę www.

Innym popularnym modelem przepływomierza elektromagnetycznego jest bateryjny przepływomierz elektromagnetyczny Flow45. Tegoroczną nowością jest Flow55 do rur nie w pełni wypełnionych. Sprawdź przepływomierze elektromagnetyczne z serii Flow w naszym sklepie internetowym czujnikisterowniki.pl

Zwracamy uwagę, iż przedstawione w sklepie internetowym ceny są cenami poglądowymi dla wybranych parametrów. Z uwagi na dużą liczbę możliwych kombinacji w celu dokładnej wyceny - skontaktuj się z nami.