فلومتر الکترومغناطیسی | انواع و کاربرد | مزایا و نحوه نصب

آیا از کاربرد و مزایای دبی سنج ها که بیش از هر تجهیز دیگر ابزاردقیق در صنعت کاربرد دارند خبر دارید؟ آیا می‌دانید فلومتر الکترو مغناطیسی دارای دقت اندازه‌گیری بالایی هستند؟ در این مقاله از آداک فرایند سپهر بطور کامل و کاربردی به این دبی سنج پر طرفدار می‌پردازیم.

فلومتر الکترومغناطیسی Magnetic Flowmeter چیست؟

فلومتر الکترومغناطیسی (Magnetic Flowmeter) نوعی جریان سنج حجمی است که بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی (Faraday’s law of electromagnetic induction) کار می‌کند. مگمترها فقط می‌توانند سرعت جریان سیالات رسانا را تشخیص دهند. فلومتر مغناطیسی به کمک اندازه‌گیری تغییرات شارمغناطیسی در اثر سرعت سیال جاری می‌تواند مقدار فلو را با دقت قابل قبولی اندازه‌گیری کند.

آشنایی با انواع فلومتر، کاربرد و مزایا

اساس و نحوه عملکرد فلومتر مغناطیسی

نحوه کار فلومتر الکترومغناطیسی بر اساس قانون فارادی است. این قانون بیان می‌کند که: وقتی یک جسم هادی میدان مغناطیسی را قطع نماید، در داخل آن جسم ولتاژ القا خواهد شد.

این ولتاژ متناسب است با عواملی همچون: شدت میدان مغناطیسی، زاویه‌ی برخورد جسم هادی با میدان مغناطیسی و سرعت عبور آن جسم از درون میدان. حال با توجه به ثابت بودن شدت میدان و زاویه برخورد، در عمل ولتاژ القا شده در الکترودها با سرعت حرکت سیال متناسب خواهد بود. به عبارتی فلومتر مغناطیسی با ایجاد شار مغناطیسی در سیال عبوری و اندازه گیری شار برگشتی کار می‌کند.

اگر یک سیال رسانا از طریق لوله‌ای با قطر مشخص از طریق چگالی میدان مغناطیسی B ایجادشده توسط سیم پیچ‌ها جریان یابد، مقدار ولتاژ UI ایجاد شده در الکترودها، متناسب با سرعت V سیال است. از آنجایی که چگالی میدان مغناطیسی و قطر لوله مقادیر ثابتی هستند، می توان آنها را در یک ضریب کالیبراسیون K ترکیب کرد. در این صورت معادله ولتاژبرابر با E = KV خواهد بود.

ضریب K توسط سازندگان فلومتر مغناطیسی بوسیله کالیبراسیون با آب تعیین می‌گردد. مقدار K به دست آمده برای هر مایع رسانای دیگری معتبر است و خروجی ولتاژ القا شده در فلومتر بصورت خطی است. مگمترها می‌توانند جریان را در هر دو جهت اندازه‌گیری کنند، زیرا جهت معکوس قطب‌های الکترود را تغییر می‌دهد نه مقدار ولتاژ القا شده را.

ولتاژی که در الکترودها ایجاد می‌شود، یک سیگنال میلی ولت است. این سیگنال معمولاً به یک جریان استاندارد (4 لی 20 میلی آمپر) یا خروجی فرکانس (0 الی 10000 هرتز) توسط ترانسمیتر داخل فلومتر تبدیل می‌شود. فرستنده‌های مغناطیسی هوشمند با خروجی‌های دیجیتال امکان اتصال مستقیم به یک سیستم کنترل توزیع شده را فراهم می‌کنند (Distributed Control System).
سیم پیچ‌های نصب‌شده بر روی فلومتر مغناطیسی را می‌توان با جریان متناوب و مستقیم به راه انداخت. هنگامی که از ولتاژ ac استفاده می‌کنید، ولتاژ خط به سیم پیچ‌های مغناطیسی اعمال می‌شود. در نتیجه، سیگنال القا شده ولتاژی به الکترودها بصورت سینوسی خواهد بود، در نتیجه دامنه موج متناسب است با سرعت سیال عبوری از فلومتر. 

نویز پدیده‌ای مزاحم در تجهیزات الکترونیکی تلقی می‌شود و اغلب مدارت دارای نویز های ناخواسته بر روی خروجی‌شان هستند. از این رو در فلومتر مغناطیسی برای حذف نویز وارد شده به درون ولتاژ الکترودها بایستی جریان سیال قطع گردیده و خروجی روی صفر تنظیم شود.

مشکل اصلی فلومتر الکترومغناطیسی با تغذیه ac این است که نویز می تواند متناسب با شرایط فرآیند متفاوت باشد و برای حفظ دقت، نیاز به صفر کردن مکرر فلومتر است.

انواع فلومتر الکترومغناطیسی (Magnetic Flowmeter)

در ادامه به بررسی انواع دبی سنج مغناطیسی میپردازیم.

فلومترهای مغناطیسی آسانسوری (Insertion Magnetic Flowmeter)

در این نوع فلومتر، قطب‌های مغناطیسی به شکل آسانسور در سراسر شبکه سیال قرار می‌گیرند تا جریان سیال را اندازه‌گیری کنند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های بزرگ و صنعتی نصب می‌شوند.

فلومترهای مغناطیسی احتراقی (Flameproof Magnetic Flowmeter)

در این تجهیز، قطب‌های مغناطیسی درون یک بدنه ضدانفجاری قرار دارند و به یک سیستم کنترلی متصل می‌شوند. این فلومترها به طور معمول در محیط های خطرناک و انفجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فلومترهای مغناطیسی دیافراگمی (Diaphragm Magnetic Flowmeter)

در این نوع، قطب‌های مغناطیسی در طول یک دیافراگم قرار می‌گیرند و اندازه‌گیری جریان سیال را انجام می‌دهند. این فلومترها در لوله‌های دارای سایز کوچک و متوسط کاربرد دارند.

فلومترهای مغناطیسی دوجداره (Dual Sensor Magnetic Flowmeter)

در این نوع، دو سنسور مغناطیسی در نقاط مختلف لوله نصب می‌شوند تا جریان سیال را به صورت دقیق اندازه‌گیری کنند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های بزرگ و صنایع پردازشی نصب می‌شوند.

فلومترهای مغناطیسی تکیه گاهی (Saddle Type Magnetic Flowmeter)

در این نوع فلومتر، سنسورهای مغناطیسی بر روی یک تکیه‌گاه در لوله نصب می‌شوند و به عنوان فلومتر به کار می‌روند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فلومترهای مغناطیسی ساختار داده‌شده (Structured Magnetic Flowmeter)

در این دستگاه، قطب‌های مغناطیسی به صورت یکپارچه درون بدنه لوله‌ای که سیال از آن عبور می‌کند، قرار می‌گیرند. این فلومترها در لوله‌های سایز کوچک و متوسط نصب می‌شوند.

فلومترهای مغناطیسی با سنسورهای فشار (Pressure Magnetic Flowmeter)

در این دستگاه، قطب‌های مغناطیسی به همراه سنسورهای فشار قرار دارند که برای اندازه‌گیری جریان و فشار سیال استفاده می‌شوند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های کوچک و متوسط نصب می‌شوند.

فلومترهای مغناطیسی با سنسورهای دما (Temperature Magnetic Flowmeter)

در این نوع فلومتر، علاوه بر قطب‌های مغناطیسی، سنسورهای تشخیص دما نیز برای اندازه‌گیری همزمان جریان و دمای سیال وجود دارند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های کوچک و متوسط کاربرد دارند.

فلومترهای مغناطیسی با سنسورهای فرکانسی (Frequency Magnetic Flowmeter)

در این تجهیز، قطب‌های مغناطیسی به همراه سنسورهای فرکانسی قرار دارند که برای اندازه‌گیری جریان سیال استفاده می‌شوند. این فلومترها به طور معمول در لوله‌های کوچک و متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فلومترهای مغناطیسی با قابلیت اتصال به شبکه‌های ابزار دقیق (Smart Magnetic Flowmeter)

در این تجهیز، قابلیت اتصال به شبکه‌های ابزار دقیق و کنترل دیجیتالی را دارند و می‌توانند اطلاعات جریان سیال را به صورت آنلاین و دقیق منتقل کنند. این فلومترها به طور معمول در صنایع پردازشی کاربرد دارند.

فلومترهای مغناطیسی مجهز به پردازشگرهای داخلی (Magnetic Flowmeter with Internal Processors)

این نوع فلومتر، سنسورهای مغناطیسی با پردازشگر داخلی برای جمع‌آوری، پردازش و نمایش داده‌های فلومتری مجهز شده‌اند. این فلومترها به طور معمول در صنایع پردازشی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فلومترهای مغناطیسی با سنسورهای تشخیص دهنده خطا (Magnetic Flowmeter with Error Detection Sensors)

این فلومتر، سنسورهای مغناطیسی با قابلیت تشخیص خطا به منظور تشخیص و رفع خطاهای احتمالی در سیستم فلومتر نصب شده‌اند. این فلومترها به طور معمول در صنایع پردازشی و صنعتی که نیاز به دقت و قابلیت اطمینان بالا دارند، کاربرد دارند.

کاربرد فلومتر مغناطیسی

• سد سازی
• نیروگاهی
• ایستگاه پمپاژ
• صنایع سیمان
• صنایع دریایی
• آب و فاضلاب
• صنایع کشاورزی
• صنعت نفت و گاز
• صنایع غذایی و دارویی
• کارخانجات کاغذ و خمیر
• صنایع مواد شیمیایی و چسب
• برای انواع خطوط انتقال سیالات در کارخانجات
• صنایع معدنی برای استخراج، تولید و فرآوری فولاد

بهترین برندهای فلومتر مغناطیسی

برند های مطرح جهانی در زمینه فلومتر مغناطیسی شامل موارد زیر هستند:

• ای‌بی‌بی ABB
• کرونه Krohne
• فلومتر یوکوگاوا Yokogawa
• اندرس هاوزر Endress+Hauser
• فلومتر مغناطیسی امرسون Emerrson

مزایای استفاده از فلومتر الکترومغناطیسی

در لیست زیر مهم‌ترین مواردی را که می‌توانیم به عنوان مزایای استفاده از فلومتر مغناطیسی بیان کنیم، مشاهده می‌کنید:

• راه‌اندازی آسان
• دقت اندازه‌گیری بالا
• تفسیر ساده مقادیر اندازه‌گیری
• حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری
• جلوگیری از افت فشار در اکثر مدل‌ها
• بدون سایش به علت نداشتن قطعات متحرک
• سیگنال خروجی آنالوگ 4 الی 20 میلی آمپر
• روکش‌ های مقاوم در برابر سایش و خوردگی
• برای سیال‌های تهاجمی و خورنده مناسب است
• قابلیت اطمینان (پایداری طولانی مدت، عمر مفید)
• در این فلومتر دقت اندازه‌گیری به فشار، چگالی، ویسکوزیته و دما بستگی ندارد
• در طیف گسترده‌ای از آلیاژ ها تولید می‌شوند و مواد برای آب آشامیدنی، فاضلاب و مواد شیمیایی

معایب فلومترهای مغناطیسی 

فلومترهای مغناطیسی در برخی موارد با مشکلاتی همراه هستند. به عنوان مثال، این فلومترها قادر به اندازه‌گیری جریان سیالات غیر الکتریکی نیستند؛ زیرا سیگنال الکتریکی مغناطیسی که توسط سیالات الکتریکی ایجاد می‌شود، با سیالات غیر الکتریکی تولید نمی‌شود. همچنین، فلومترهای مغناطیسی در صورتی که در معرض میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی خارجی قرار گیرند، ممکن است دچار اختلال شوند و دقت اندازه‌گیری آن‌ها کاهش یابد. علاوه بر آن برای اندازه‌گیری جریان سیالاتی مانند هیدروکربن ها، آب دمینرال (آب مقطر) و برخی گازها مناسب نیستند. همچنین فلومترهای مغناطیسی می‌توانند وزن سنگینی داشته باشند و در برخی مواقع بخاطر مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و سایش، گران‌قیمت باشند.

نحوه‌ی نصب فلومتر مغناطیسی

نصب فلومتر الکترومغناطیسی باید توسط کادر فنی‌ ماهر انجام شود. در اینجا چند مورد از مراحل نصب فلومتر مغناطیسی را ذکر می‌کنیم:

• واشرها و فلنج ها باید به صورت متحدالمرکز نصب شوند
• لوله را باید از ایجاد یا تجمع هر فاز ثانویه (جامد یا هوا) تخلیه کنید
• فلومتر مغناطیسی باید طوری در راستای لوله نصب شود تا پر از مایع باشد
• بهترین روش برای نصب در خطوط عمودی با جهت جریان رو به بالا می باشد
• هنگام اندازه گیری لجن، فاضلاب و غیره، سنسور جریان باید به صورت عمودی نصب شود
• در حالت‌های بسیار خاص می‌توان فلومترهای الکترومغناطیسی را در خطوط افقی نصب نمود
• لرزش‌های مکانیکی به سیستم الکترونیکی (ترانسمیتر) آسیب می‌زنند و باید در نواحی با کمترین مقدار لرزش نصب گردند

به تصاویر زیر به دقت توجه کنید مفهوم حرف D قطر لوله انتقال است. مثلا اگر زانویی یا خمیدگی قبل از فلومتر باشد، بایستی فلومتر به طول پنج برابر قطر لوله از آن خمش فاصله داشته باشد.

علاوه بر این موارد برای نصب فلومتر مغناطیسی، باید محلی انتخاب شود که شرایط مناسبی برای نصب و کارکرد داشته باشد. این محل باید دور از منابع الکتریکی و میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی باشد. همچنین، باید اطمینان حاصل شود که در این محل، جریان سیالات به صورت یکنواخت و بدون تلفات توزیع می‌شود. فلنج‌های ورودی و خروجی باید به لوله‌های جریان متصل شوند و محکم بسته شوند. باید از این نکته اطمینان حاصل شود که فلنج‌ها به درستی و با توجه به دستورالعمل تولید کننده، نصب شده‌اند. پس از نصب فلنج‌ها، باید سیم‌های تغذیه و ارتباطی به فلومتر مغناطیسی متصل شوند. باید از این نکته اطمینان حاصل شود که سیم‌ها به درستی نصب شده‌اند و اتصالات آن‌ها محکم است.

پس از نصب فلومتر مغناطیسی، باید تنظیمات آن انجام شود. این تنظیمات شامل تنظیمات مربوط به تراز، زاویه نصب و حالت کارکرد فلومتر مغناطیسی است. با توجه به اینکه نحوه نصب فلومتر مغناطیسی بستگی به شرایط و محیط کاربردی آن دارد، بهتر است که برای نصب و راه‌اندازی این سیستم، از دستورالعمل‌ها و راهنمایی‌های تولیدکننده فلومتر مغناطیسی پیروی شود. همچنین برای نصب فلومتر مغناطیسی، باید از ابزار و تجهیزات مناسب استفاده شود تا عملیات نصب به درستی انجام شود.

10 راه رفع عیوب و مشکلات دبی سنج مغناطیسی

1. ابتدا بررسی کنید که دبی‌ سنج مغناطیسی روشن است یا نه. اگر فلومتر خاموش است، ولتاژ تابلو برق را بررسی نمایید. همچنین فیوز موجود در حلقه تغذیه تابلو برق را نیز چک کنید.
2. اتصالات سنسورهای فلومتر را بررسی کنید.
3. اگر ولتاژ وجود دارد اما دبی ‌سنج روشن نمی‌شود، فیوز بر روی برد مدار چاپی (PCB) را نیز بررسی نمایید و در صورت نیاز، آن را تعویض کنید.
4. سالم بودن کابلی که ترانسمیتر دبی سنج مغناطیسی و سنسور را به هم وصل می‌کند را نیز چک کنید.
5. وصل نشدن اتصال ارت (زمین) در ترانسمیتر و سنسورها باعث خوانش های غلط می‌شود.
6. دیتای مربوط به کانفیگ فلومتر را مطابق برگه راهنمای تجهیز بررسی کنید. مخصوصا محدوده جریان، GK و GKL و f.
7. اگر فلو نشان داده شده منفی است، جهت نصب دبی‌سنج مغناطیسی را چک کنید و در صورت نیاز جهت جریان را تغییر دهید.
8. اگر دبی اندازه‌گیری شده بسیار زیاد یا بسیار کم باشد، ممکن است ناشی از خصوصیات غیرمعمول سیال باشد.
9. در صورت بروز خطای Pipe Not Full خطوط لوله پایین دست را بررسی نمایید.

نکات مهم

مقدار سیگنال آنالوگ 20-4 میلی آمپر خروجی از فلومتر مغناطیسی در هر لحظه برابر است با E=BDV که در آن V سرعت جریان، D قطر لوله و B چگالی شار مغناطیسی است. سیستم فیدبک در فلومتر مغناطیسی برای غلبه بر نوسانات چگالی شار B کاربرد دارد. در هنگام تست بین الکترودها از ولت متر امپدانس بالا استفاده نمائید. 

آداک فرایند سپهر مطمئن ترین مرکز برای تهیه و تامین تجهیزات ابزار دقیق

سوالات متداول

آیا از فلومتر‌های الکترومغناطیسی می‌توان برای سیالات با دمای بالا استفاده شوند؟

بله، با انتخاب صحیح فلومتر در محدوده دمایی نسبت به دمای سیال مورد نظر این امر امکان پذیر است.

فلومتر مغناطیسی برای هر نوع مایعی مناسب هستند؟

خیر، فقط مایعات رسانا مانند: آب، اسید‌ها، باز‌ها و دوغاب مناسب هستند. در کاربردهایی که سیال روغن یا سیال هیدروکربنی باشد قابل استفاده نیستند.

عمر مفید فلومتر مغناطیسی چند سال است؟

چنانچه الکترودها فلومتر بصورت منظم کالیبره و بازبینی شوند، این دستگاه تا 20 سال قادر به اندازه‌گیری جریان است.

چرا مقادیر اندازه‌گیری شده توسط فلومتر الکترومغناطیسی پرش دارد؟

به چند دلیل این اتفاق رخ می‌دهد. ابتدا بررسی کنید که آیا شرایط نصب 5 برابر قطر قبل و 3 برابر قطر بعد از فلومتر رعایت شده است. در لوله ها هوا به مقدار زیادی وجود داسته باشد. در آخر وجود لرزش در خطوط لوله و جریان ضربه‌ای سیال را بررسی نمایید. 

دلیل عدم تطابق مقدار خروجی جریانی با مقادیر نمایشگر در فلومتر مغناطیسی چیست؟

بررسی کنید که کدام حالت خروجی جریان در دستگاه تنظیم شده است، فلومتر الکترومغناطیسی می تواند جریان 0 تا 10 میلی آمپر و جریان 4 تا 20 میلی آمپر را تولید کند.

صفحه نمایش دستگاه کار نمی‌کند؟

کابل فلت صفحه نمایش وصل نشده و یا معیوب است. همچنین امکان دارد خود نمایشگر نیز عیب داشته باشد.