فلومتر الکترومغناطیسی

فلومتر الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter)، یکی از انواع بسیار پرکاربرد جریان سنج ها در صنایع مختلف میباشد. مبنای اندازه گیری در این فلومتر مانند سایر فلومترهایی که جریان حجمی سیال را محاسبه میکنند (التراسونیک، و ورتکس، توربینی و …)، مبتنی بر سرعت سیال میباشد.

مهمترین ویژگی در این فلومترها این است که تنها مناسب اندازه گیری جریان مایعات رسانا (با هدایت الکتریکی بیشتر از 5 میکروزیمنس بر سانتی متر) هستند و مناسب اندازه گیری فلوی گازها، فلوی سیالات هیدروکربنی مانند نفت خام، آب مقطر یا سیالاتی مانند روغن های پایه نفتی نمیباشند.

طراحی فلومترهای الکترومغناطیسی به نحوی است که هیچ برآمدگی، انسداد یا هیچگونه مانعی در مسیر خط لوله ایجاد نمیکنند. به همین جهت مناسب اندازه گیری دبی طیف وسیعی از مایعات تمیز و بهداشتی گرفته تا دوغاب و سیالات بسیار کثیف و حاوی رسوب و ذرات جامد میباشد. همچنین فلومترهای مغناطیسی هیچ قسمت درگیر شونده با سیال ندارند و افت فشاری در خط ایجاد نمیکنند. همچنین برای نصب آنها نیاز به نصب صافی یا در نظر گرفتن Upstream و Down stream نمیباشد.

هنگام نصب این فلومترها باید فاصله مناسب (حدود یک متر) با تجهیزاتی که شار مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کنند (پمپ ها و الکتروموتورها) در نظر گرفته شود. 

فلومترهای مغناطیسی به دلیل وجود یک لاینر یا آستری در آنها معمولا در دماهای حداکثر 200 درجه سانتیگراد عمل می کنند. همچنین این فلومترها به دلیل عدم وجود هیچ گونه قطعه مکانیکی در مسیر جریان سیالات هیچ افت فشاری ایجاد نمی کنند.  جهت مشاهده فلومتر مغناطیسی اندرس هاوزر کلیک نمایید.

در این مقاله به معرفی، عملکرد، ساختار، کاربرد و مزایای فلومتر الکترومغناطیسی می پردازیم. 

عملکرد فلومتر مغناطیسی

مبنای اندازه گیری جریان در فلومترهای مغناطیسی بر اساس قانون فارادی میباشد. مطابق این قانون هرگاه یک سیال هادی (رسانای الکتریسیه) از درون یک میدان مغناطیسی عبور کند، یک ولتاژ القایی تولید خواهد شد که شدت این ولتاژ متناسب با سرعت سیال، شدت میدان مغناطیسی و فاصله الکترود های میدان مغناطیسی از یکدیگر میباشد.

شکل زیر شماتیک عملکرد یک فلومتر الکترومغناطیسی را نمایش میدهد.

Ue: مقدار ولتاژ القایی

B: شدت میدان مغناطیسی

L: فاصله الکترودها (عرض قطب مغناطیسی)

V: سرعت سیال

A: سطح مقطع لوله

 

مطابق شکل فوق، در فلومترهای الکترو مغناطیسی، یک میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ هایی دور تا دور لوله تشکیل می‌ شود. هنگامیکه سیال رسانا با یک سرعت مشخص از داخل لوله عبور می‌کند تحت تأثیر این میدان مغناطیسی قرار می‌ گیرد و میدان را قطع خواهد کرد و یک ولتاژ القایی تولید میگردد. سنسورهای مغناطیسی که در نقاط مشخصی بر روی دیواره لوله قرار می‌ گیرند، این ولتاژ القایی را اندازه‌ گیری می‌ کنند.

 

سیگنال ولتاژی که توسط الکترود ها دریافت می‌ شود به یک ترانسمیتر ارسال می‌ شود. در نهایت ترانسمیتر سیگنال ولتاژی را پردازش کرده و آن را بصورت سیگنال های قابل خوانش برای سیستم های کنترلی (مثلآ سیگنال جریانی 4 تا 20 میلی آمپر) تبدیل کرده و آن را به اتاق کنترل ارسال می کنند.

برای دقت بیشتر در اندازه‌ گیری توسط فلومترهای مغناطیسی، معمولاً از دو یا چهار الکترود (دو قطبی یا چهار قطبی) در آنها استفاده میشود. این سنسورها قادر به تشخیص جهت جریان سیال و همچنین پر یا خالی بودن لوله هستند و این امکان را می‌ دهند که دبی سیال را با دقت بیشتری اندازه‌ گیری کنند.

جهت مشاهده فلومتر مغناطیسی روزمونت کلیک نمایید.

مزایای فلومترهای مغناطیسی

فلومترهای مغناطیسی نسبت به سایر فلومترها دارای مزایا و معایبی به شرح زیر می باشند:

• مصرف برق پایین: فلومترهای مغناطیسی مصرف برق کمی دارند که باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود.
• قابلیت استفاده برای سیالات خورنده: فلومترهای مغناطیسی با توجه به لاینینگ یا آستری که در آنها وجود دارد، مناسب اندازه گیری فلوی سیالات با خورندگی بالا میباشند.
• مقاومت در برابر فرسایش: فلومترهای مغناطیسی مقاومت خوبی در برابر فرسایش دارند و در مقابل عوامل خارجی مانند رسوبات و اکسیداسیون مقاومت می‌کنند.
• عدم ایجاد افت فشار: فلومترهای مغناطیسی با توجه به اینکه هیچ قطعه مکانیکی در مسیر جریان سیال ندارند، هیچگونه افت فشاری نیز در خط ایجاد نمیکنند و فشار سیستم را حفظ میکنند. علاوه بر این عدم وجود قطعات اضافی در این فلومتر باعث کاهش هزینه های تعمیرات و نگهداری نیز خواهد شد.
• مستقل از فشار، چگالی، دما و ویسکوزیته: فلومترهای مغناطیسی تحت تأثیر تغییرات ویسکوزیته، فشار و چگالی سیال قرار نمی گیرند.

محدودیت های فلومتر مغناطیسی

فلومترهای مغناطیسی با وجود مزایا و کاربردهای بسیاری که در صنایع دارند دارای محدودیت هایی نیز هستند که در ادامه آنها را معرفی میکنیم:

• نیاز به محلی پر از سیال: برای نصب فلومترهای مغناطیسی، نیاز است که در محلی که پر از سیال است نصب شوند. این به معنای این است که نصب آنها در برخی از محیط‌ها ممکن نیست.
• محدودیت در نوع سیال: فلومترهای مغناطیسی فقط برای مایعاتی که دارای هدایت الکتریکی هستند و یا به عبارتی رسانا هستند، کاربرد دارند. سیالاتی که هدایت الکتریکی ندارند، نمی‌توانند توسط فلومترهای مغناطیسی اندازه‌گیری شوند.

جنس آستری در فلومتر مغناطیسی

الکترودها و آستری دو جزء مهم در تماس با سیال می باشند. این آستری میتواند با توجه به دمای سیال و خواص شیمیایی آن از متریال مختلفی نظیر تفلون، لاستیک و سایر متریال عایق ساخته شود.

در فلومترهای الکترومغناطیسی به دلیل جلوگیری از اتصال کوتاه شدن بدنه فلومتر به الکترودهای آن از یک آستری در داخل لوله اندازه گیری فلومتر استفده میشود. این آستری علاوه بر جلوگیری از اتصال کوتاه شدن فلومتر باعث افزایش مقاومت فلومتر به خوردگی و سائیدگی نیز خواهد شد. 

جریان سیالاتی مانند دوغاب که دارای ذرات جامد و ناخالصی و رسوبات زیادی هستند و یا سیالاتی که دارای خوردندگی زیادی میباشند توسط لاینر (آستری) قابل اندازه گیری خواهند بود.

معمولآ متریال های تفلون (PTFE)، پلی اورتان یا لاستیک ها و سرامیک از انواع متداول لاینر هایی هستند که در فلومترهای مغناطیسی استفاده میشوند. هر یک از این متریال ها دارای مزایا و معایبی و همچنین محدودیت هایی در تحمل دمایی هستند.

تفلون PTFE: آستری از جنس تفلون به دلیل مقاومت شیمیایی عالی و اصطکاک کم، به طور گسترده در فلومترهای الکترومغناطیسی استفاده می شود. این متریال سطح صافی را فراهم می کند که اختلال جریان را به حداقل می رساند و از تجمع رسوبات یا فرسایش جلوگیری می کند. آسترهای PTFE برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله سیالات خورنده و کاربردهای با خلوص بالا مناسب هستند.

PFA (Perfluoro alkoxy): این متریال مشابه تفلون است و مقاومت شیمیایی قابل مقایسه ای را ارائه می دهد. محافظت خوبی در برابر مایعات خورنده ایجاد می کند و اغلب در کاربردهایی که مقاومت در برابر دمای بالاتر مورد نیاز است استفاده می شود.

لاستیک (Rubber): آسترهای لاستیکی، مانند EPDM (اتیلن پروپیلن دی ان مونومر) یا نیتریل، مقاومت خوبی در برابر برخی از سیالات شیمیایی دارند و اغلب در کاربردهای مربوط به آب یا فاضلاب استفاده می شوند.

سرامیک (Ceramic): سرامیک مقاومت بسیار بالایی در برابر دماهای زیاد خواهد داشت. در جاهایی که متریال های پلیمری تحمل دمای بالای سیال را نداشته باشد از سرامیک استفاده میشود. متریال سرامیک قابلیت تحمل تا دماهای 350 درجه سانتی گراد را خواهد داشت.

در جدول زیر اطلاعات کاملی از انواع آستری که در فلومترهای مغناطیسی مورد استفاده هستند را مشاهده میکنید:

جنس	مشخصات
تفلون PTFE	مقاومت شیمیایی خوب،قابلیت تحمل دمایی از 29- تا 177 °C
PFA	مقاومت شیمیایی و دمایی بسیار عالی ( بهتر از PTFE)، قابلیت تحمل دمایی از 29- تا 177 °C
پلی اورتان	مقاوم در برابر سایش سیالات حاوی ذرات جامد ریز، عایق حرارتی خوب، استحکام بالا قابلیت تحمل دمایی از 18- تا 60 °C
لاستیک Hard Rubber	مقاومت بسیار بالا در برابر سایش، قابلیت تحمل دمایی از 18- تا 70 °C
سرامیک	مقاوم در برابر سایش و همچنین قابلیت تحمل دمایهای بسیار بالا (+400 درجه سانتیگراد)

جنس الکترود در فلومترهای مغناطیسی

همانطور که بالاتر نیز اشاره کردیم یکی دیگر از قسمت های مهم فلومترهای مغناطیسی الکترودهایی هستند که وظیفه اندازه گیری ولتاژ القایی در فلومتر و ارسال آن به ترانسمیتر را بر عهده دارند. این الکترود ها مانند لاینر در فلومترهای مگنتیک از قسمت های در تماس با سیال یا wetted part محسوب میشوند.

استیل 316 (SS316): الکترودهای استیل316 به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، سائیدگی و همچنین سازگاری با طیف وسیعی از مایعات رسانا، در فلومترهای الکترومغناطیسی استفاده می شوند. آنها دوام و پایداری بالایی را در اکثر کاربردهای صنعتی ارائه می دهند.

هستلوی (Hastelloy): متریال هستلوی مقاومت بسیار بالایی در برابر سائیدگی از خود دارد و الکترودهای از جنس هستلوی مانند Hastelloy C-276 یا Hastelloy B، در کاربردهایی که سیال فرآیندی دارای رسوب یا ذرات جامد میباشد کاربرد خواهد داشت.

پلاتین (Platinum): الکترودهای پلاتین برای کاربردهایی که نیاز به دقت و پایداری بالایی دارند استفاده می شوند. پلاتین دارای هدایت الکتریکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی است. این الکترودها اغلب در صنایعی استفاده می‌شوند که نیاز به دقت بالایی دارند.

تیتانیوم (Titanium): الکترودهای تیتانیوم برای اندازه گیری مایعات خورنده مناسب هستند و مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی از استرس ناشی از کلرید دارند. آنها معمولاً در کاربردهایی شامل آب شور، محلول های آب نمک یا مواد شیمیایی خاص استفاده می شوند. الکترودهای تیتانیوم دوام بالایی دارند و می توانند در شرایط سخت عملیاتی مقاومت کنند.

نصب فلومتر الکترومغناطیسی

برای اندازه گیری هرچه دقیق تر توسط فلومترهای مغناطیسی باید نکات و مواردی را رعایت کرد. عدم رعایت هریک از این موارد میتواند منجر به خطای اندازه گیری یا حتی آسیب دیدن تجهیز اندازه گیری شده و فرآیند را دچار مشکلات جدی کند. به همین جهت همیشه در هنگام خرید یک فلومتر مغناطیسی کاتالوگ نصب یا Manual به همراه اطلاعات فنی توسط شرکت سازنده فلومتر مغناطیسی ارائه خواهد شد.

در اینجا به صورت گزیده به مهمترین نکات نصب یک فلومتر الکترومغناطیسی که معمولآ در تمامی مدل های این تجهیز صدق میکند میپردازیم:

1- همیشه برای اندازه گیری دقیق و به دور از خطای اندازه گیری توسط فلومتر مغناطیسی باید این نکته را در نظر داشته باشیم که لوله اندازه گیری باید همواره پر باشد. برای اینکار میتوان از تبدیل های پایپینگ برای کاهش سایز لوله و پر کردن لوله استفاده کرد.

2- از آنجا که فلومترهای مغناطیسی برای سیالات مایع مناسب هستند، جهت نصب این فلومترها روی خطوط عمودی باید به گونه ای باشد تا سیال فرآیندی از پایین به بالا (جریان به طرف بالا) حرکت کند. زيرا در این حالت از پر بودن لوله اطمینان داریم.

3- مطابــق استاندارد ها فواصــل قبل و بعد از محل نصب فلومتر مغناطیسی از اتصالاتی مانند زانویی، سه راهی و … باید به ترتیب حداقل 5 و 2 برابر قطر لوله فضای خالی وجود داشته باشــد. 

4- لولــه در محل نصب فلومتر مغناطیسی نباید دارای لرزش باشد.

5- در لوله هایی کــه بیش از ۵ متر اختلاف از سطح زمین دارند، باید یک شیر تخلیه هوا به منظور تخلیه حباب های سیال  پس از سنسور فلومتر در بالاترین نقطه نصب بشود.

کاربرد فلومتر الکترومغناطیسی

فلومترهای الکترومغناطیسی بیش از 60 سال است که در صنایع مختلف جهان مورد استفاده قرار می گیرند. این فلومترها برای تمام مایعات رسانا نظیر آب، اسید، مایعات قلیایی، دوغاب و بسیاری دیگر به کار می روند. همچنین فلومتر های الکترومغناطیسی به دلیل دقت بالا، قابلیت اندازه‌گیری برای طیف وسیعی از سیالات و عدم تأثیر تغییرات دما و فشار سیال بر عملکرد آنها در صنایع مختلفی از مانند نفت و گاز، فلزات و معادن، آب و فاضلاب، مواد غذایی، شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند.

در زیر به برخی از صنایعی که در آنها از فلومترهای مگنتیک به وفور استفاده میشود اشاره میکنیم:

1- صنایع شیمیایی و پتروشیمی:

فلومترهای مغناطیسی در صنایع فرآیندی شیمیایی، پالایشگاه ها و پتروشیمی ها به کار می روند. این فلومترها برای اندازه گیری جریان مایعات خورنده و ساینده از جمله اسیدها، حلال ها، سوخت ها و غیره مناسب می باشند. در واقع این تجهیزات نقش مهمی در بهینه سازی فرآیند، کنترل موجودی سیال و انطباق با استانداردهای ایمنی دارند.

2- صنایع معدنی:

دبی سنج های مغناطیسی در عملیات استخراج و فرآوری مواد معدنی برای اندازه گیری جریان دوغاب، باطله و آب فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیزات داده های جریان قابل اعتماد را برای بهینه سازی فرآیند، مدیریت آب و انطباق با محیط زیست ارائه می دهند.

3- صنایع آب و فاضلاب:

فلومترهای الکترومغناطیسی به طور گسترده در تصفیه خانه های آب، تاسیسات تصفیه فاضلاب و شبکه های توزیع استفاده می شوند. این تجهیزات به طور دقیق جریان آب و دیگر جریان های فاضلاب را اندازه گیری می کنند و مدیریت کارآمد و کنترل فرآیند را ممکن می سازند.

4- صنایع غذایی و داروسازی:

فلومترهای مغناطیسی به طور گسترده ای در صنایع غذایی و نوشیدنی جهت  اندازه گیری جریان مایعات مختلف استفاده می شوند. آنها اندازه گیری دقیق را در طول فرآیندهای تولید و توزیع تضمین می کنند و به کنترل کیفیت، سازگاری و انطباق با مقررات کمک می کنند.

ابن نوع فلومترها در صنایع داروسازی برای اندازه گیری جریان مایعات مورد استفاده در تولید دارو، از جمله مواد تشکیل دهنده، حلال ها و عوامل پاک کننده کاربرد دارند. این فلومترها به حفظ دقت فرآیند، اطمینان از کیفیت محصول و رعایت الزامات نظارتی دقیق کمک می کنند.