فلومتر مغناطیسی

توضیحات

اساس کارکرد فلومتر مغناطیسی
اساس عملکرد فلومتر مغناطیسی استفاده از قانون فارادی است. این قانون بیان می کند که چنانچه یک هادی از درون میدان مغناطیسی عبور داده شود ولتاژی بر این هادی القاء می شود .دامنه ولتاژ تولید شده با سرعت عبور هادی ، طول هادی و قدرت میدان مغناطیسی نسبت مستقیم دارد.
شکل زیر، المان های یک فلومتر مغناطیسی را نشان می دهد. در این شکل، V بیانگر سرعت سیال هادی عبور کننده از یک لوله غیر هادی می باشد که از یک میدان مغناطیسی با قدرت B عبور می کند. الکترودها در فاصله D قرار گرفته اند.

سیال هادی 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 معادله زیر تقلیل پیدا می کند:
E=kBDV
دراین رابطه E نیروی الکترومغناطیسی یا همان ولتاژ تولید شده است. مشاهده می شود که ولتاژ تولید شده متناسب است با سرعت رسانا V، عرض رسانا D و قدرت میدان مغناطیسی B.
در این نوع فلومتر، یک میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ های میدان که در جهت های مقابل لوله قرار گرفته است تولید شده و به سیالی که درون لوله جریان دارد اعمال می شود. بر اساس قانون فارادی؛ عبور یک مایع رسانا با سرعت V از درون میدان مغناطیسی با عث ایجاد یک سیگنال ولتاژ می شود که توسط الکترودهایی که بر روی دیواره تیوب سیال نصب شده است قابل سنس شدن است. ولتاژ تولید شده متناسب با حرکت سیالی است که در لوله جریان دارد زمانیکه که سیال سریعتر حرکت می کند، ولتاژ بیشتری تولید می شود. ترنسمیتر الکترونیکی، سیگنال ولتاژی تولید شده را جهت مشخص شدن دبی سیال، پردازش می کند.

کاربرد فلومتر مغناطیسی
فلومترهای مغناطیسی، سرعت سیالات رسانا؛ نظیر آب، اسیدها، اکسید کلسیم و دوغاب ها را در لوله ها اندازه گیری می کنند. این فلومترها  زمانی به درستی عمل می کنند که هدایت الکتریکی سیال ، تقریبا بزرگتر از 5 میکروزیمنس بر سانتیمتر باشد. در استفاده از فلومترهای مغناطیسی برای سیالات با هدایت الکتریکی پایین نظیر آب دیونیزه شده، آب ورودی بویلر (boiler feed water) و یا هیدروکربن ها دقت کنید چراکه ممکن است باعث خاموش شدن فلومتر و اندازه گیری فلو صفر شود.
جهت استفاده از فلومترهای مغناطیسی نیازی نیست که خطوط لوله بالادست و پایین دست محل نصب فلومتر، خطوط مستقیم و بدون خم باشد ، لذا استفاده از این فلومترها در خطوط کوتاه لوله امکان پذیر است.
این تکنولوژی در سیالات کثیف نظیر آب، آب پساب، معادن، فرایند جداسازی مواد معندی از سنگ های کانی، خمیر کاغذ و صنایع شیمیایی کاربرد دارد. 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.

محدودیت های نصب
محل نصب فلومتر مغناطیسی باید در نقطه ایی از لوله در نظر گرفته شود که لوله از سیال پر شده باشد . این موضوع به شدت بردقت اندازه گیری فلومتر تاثیر می گذارد.
در استفاده از فلومترهای مغناطیسی در سرویس های وکیوم (خلاء) به شدت مراقب باشید، چرا که بعضی فلومترهای مغناطیسی در این سیستم ها از کار می افتند و به درون خط لوله کشیده شده و فلومتر از بین می رود.توجه کنید که شرایط خلاء می تواند در لوله هایی اتفاق بیفتد که حتی در سر راه سرویس های خلاء نیستند نظیر لوله هایی که در آن امکان تغییر حالت گاز به مایع (اغلب در شرایط غیر طبیعی) وجود دارد. بطور مشابه، دمای بیش از اندازه در فلومترهای مغناطیسی (حتی اگر در شرایط غیر نرمال بصورت کوتاه اتفاق بیفتد) باعث خرابی غیر قابل تعمیر فلومتر می شود.

از یک فلومتر مغناطیسی در نزدیکی محدوده هدایت الکتریکی آن استفاده نکنید چراکه باعث خاموشی فلومتر می شود.
در کاربردهای عمومی، فلومترهای مغناطیسی طوری سایز می شود که سرعت در حالت ماکزیمم فلو ، تقریبا 2 تا 3 متر بر ثانیه باشد.

انتخاب فلومتر مغناطیسی
اگرچه انواع بسیار زیادی از فلومترهای مغناطیسی جهت اندازه گیری دبی سیالات در دسترس می باشد و همه آنها نیز بر اساس قانون فاردای و ایجاد ولتاژ در اثر عبور سیال از میدان مغناطیسی عمل می کنند ، اما علارغم تشابه این قانون در همه فلومترهای مغناطیسی، بعضی از این فلومترها برای برخی کاربردها نسبت به دیگر فلومترهای مغناطیسی مناسب تر هستند . قیمت ، دقت ، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده از جمله فاکتورهایی  مهمی هستند که باید در انتخاب فلومتر در یک پروژه مورد توجه قرار بگیرند.
بر حسب کاربرد، متریال بکار رفته در لوله سیال و دستگاه های اندازه گیری، به شدت 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 درست و قابل اطیمنان در طول یک دوره عملکرد و مقدار فلوی جاری شده، مقیاس فلومتر هم در محدودیت سایز و هم سرعت باید مورد توجه قرار گیرد.
خصوصیات فیزیکی یک فلومتر مغناطیسی، بخصوص سایز آن، بر توانایی آنالیز فلومترو مقدار سرعتی که می تواند بطور موثر پوشش دهد تاثیر می گذارد. سایز اندازه گیری اکثر فلومترهای مغناطیسی بین 0.6 تا 7.9 اینچ ( 15 تا 200 میلیمتر) و رنج سرعت بین 0.3 تا 10 متر بر ثانیه دارند. 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.
می توان از فلومترهای مغناطیسی جهت اندازه گیری فلوی سیالات قابل انفجار و قابل اشتعال استفاده کرد. ساخت بدنه فلومترهای ضد انفجار، در این نوع پروژه ها بسیار حائز اهمیت است و شرایط طراحی و پارامترهای ساخت این نوع بدنه ها تحت نظر استانداردهای خاصی می باشد. جهت بالا بردن اطیمنان ، گاها از سیستم های کنترل الکترونیکی راه دور استفاده می شود.

انتخاب جنس الکترود ها:
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 آستری ها (Liners)
از انجا که اساس عملکرد فلومترهای مغناطیسی ایجاد میدان مغناطیسی در مسیر عبور سیال و خواندن ولتاژ القاء شده بر اساس قانون فارادی می باشد ، اگر جنس لوله ایی 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 کرد. همچنین پوشش و آستر سطوح داخلی لوله باید از جنس مواد عایق باشد .
آستری باید بر حسب کاربرد انتخاب شده و نسبت به عوامل زیر مقاوم باشد :
– دما
– فشار
– ساییدگی
– فرسایش
– خوردگی شیمیایی

مواد آستری که عموما برای فلومترها ، مورد استفاده قرار می گیرد به شرح زیر می باشد:

1 – تفلون (PTFE)
– مناسب جهت محدوده دمایی -50 الی +200 درجه سانتیگراد
– مقاومت بسیار خوب در برابر فرسایش ناشی از ذرات ریز
– مقاوم در برابر اکثر بازها و ایدها
– برای کاربردهای صنایع غذایی و آب آشامیدنی مناسب نمی باشد.

2- نوپرن (Neoprene)
– مناسب جهت محدوده دمایی 0 الی +100 درجه سانتیگراد
– مقاومت خوب در برابر فرسایش ، خصوصا نفت و گریس
– مقاومت خوب در برابر واکنش شیمیایی، خصوصا نفت و گریس

3- لاستیک نرم (Soft Rubber)
– قیمت ارزان
– مقاومت بالا در مقابل سایش
– مناسب برای استفاده در دوغاب

4- لاستیک سخت ( Hard Rubber)
– مناسب جهت محدوده دمایی 0 الی +90 درجه سانتیگراد
– مناسب جهت کاربرد عمومی
– مناسب جهت آب و دوغاب رقیق

5- سرامیک (Ceramic)
– مناسب جهت محدوده دمایی -60 الی +250 درجه سانتیگراد
– 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 مغناطیسی
– مصرف برق بسیار پایین که در برخی مدل ها حدود 15 وات است
– 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
– دقت بالایی دارد
– در محدوده وسیعی از نرخ فلو سیال قابل استفاده است و شامل سایزهای مختلف می باشد.

معایب فلومتر مغناطیسی
– قیمت بالایی دارند
– 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.