Elektromagnetische debietmeter - Zo werkt het

Elektromagnetische debietmeters worden gebruikt om geleidende vloeistof in een systeem te meten en hebben een hoge nauwkeurigheid. De uniformiteit en geavanceerdheid van hun ontwerp maken een breed scala aan toepassingen mogelijk, van industriële procesbesturing tot omgevingsbewaking. Dit artikel behandelt hun ontwerp, werkingsprincipe, voordelen en toepassingen.

Inhoudsopgave

• Ontwerp
• Werking
• Voordelen van elektromagnetische debietmeter
• Toepassingen van elektromagnetische debietmeters
• FAQs

Ontwerp

Lees ons artikel over typen debietmeters voor een overzicht van de verschillende ontwerpen van debietmeters.

Afhankelijk van de fabrikant kan het ontwerp van de elektromagnetische debietmeter variëren. Zoals echter te zien is in Figuur 2, heeft de constructie van een elektromagnetische debietmeter de volgende kerncomponenten:

• Magnetische spoelen (A): Creëer een constant magnetisch veld loodrecht op de vloeistofstroom. De magneetspoelen moeten zo worden ontworpen dat ze een uniform magnetisch veld over de hele doorsnede van de stromingsbuis leveren voor nauwkeurige metingen.
• Stromingsbuis (B): Het hoofdgedeelte van de debietmeter waar de geleidende vloeistof doorheen stroomt. Het materiaal van de stromingsbuis moet niet-geleidend en chemisch compatibel zijn met de procesvloeistof om corrosie en afzetting te voorkomen. Gangbare materialen zijn onder andere roestvrij staal bekleed met PTFE of andere niet-reactieve stoffen.
• Elektroden (C): Tegenover de stromingsbuis geplaatst, vangen deze de geïnduceerde spanning op die evenredig is met de stroomsnelheid. Elektroden worden meestal gemaakt van materialen zoals roestvrij staal, Hastelloy, titanium of platina, gekozen op basis van hun corrosiebestendigheid en hun vermogen om de geleiding met de gemeten vloeistof te behouden.
• Omzetter (D): Verwerkt het signaal van de elektrodespanning en zet dit om in een waarde voor de stroomsnelheid. Het ontwerp van de converter is kritisch omdat het elektrische ruis moet filteren en variaties in temperatuur, vloeistofeigenschappen en stromingsprofiel moet compenseren.

Werking

Het werkingsprincipe van een elektromagnetische debietmeter is gebaseerd op de wet van Faraday van elektromagnetische inductie, die stelt dat er een spanning wordt geïnduceerd wanneer een geleider door een magnetisch veld beweegt.

• Opwekken van magnetische velden: Elektromagneten aan weerszijden van de stromingsbuis genereren een constant en uniform magnetisch veld dat de stromingsbuis en de vloeistof die er doorheen stroomt doordringt.
• Geleidende vloeistof: De te meten vloeistof moet geleidend zijn. De vloeistof bevat geladen ionen die kunnen reageren op een magnetisch veld.
• Geïnduceerde spanning: Volgens de Wet van Faraday wekt de beweging van de geleidende vloeistof door het magnetische veld een spanning op. Deze spanning is recht evenredig met de snelheid van de vloeistof die door het veld beweegt. Hoe sneller de vloeistof stroomt, hoe groter de geïnduceerde spanning.
• Elektrodemeting: Om de geïnduceerde spanning op te vangen, heeft de debietmeter een paar elektroden in contact met de vloeistof. Deze elektroden staan in een rechte hoek ten opzichte van zowel de richting van het magnetische veld als de stroming van de vloeistof. Ze detecteren de geïnduceerde spanning in de vloeistof en sturen dit signaal door naar het elektronische circuit van de debietmeter.
• Debietberekening: Het elektronische circuit verwerkt het spanningssignaal dat van de elektroden wordt ontvangen. Aangezien de geïnduceerde spanning evenredig is met de stroomsnelheid en de doorsnede van de pijp bekend is, kan de stroomsnelheid worden berekend met de formule Q = A * v, waarbij Q de stroomsnelheid is, A de doorsnede van de pijp en v de gemiddelde stroomsnelheid.
• Uitgangssignaal: De debietmeter zet de berekende stroomsnelheid om in een uitgangssignaal dat voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt, zoals weergave op een lokale uitlezing, verzending naar een regelsysteem of registratie door een gegevensverzamelsysteem.

Voordelen van elektromagnetische debietmeter

Elektromagnetische debietmeters hebben de volgende voordelen:

• Ze hebben geen bewegende delen, wat leidt tot weinig onderhoud en een lange levensduur.
• Ze kunnen het debiet van vuile, corrosieve of schurende vloeistoffen meten.
• Ze bieden een hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid over een breed debietbereik. De nauwkeurigheid van een elektromagnetische debietmeter is ongeveer ±0,5% van het debiet of beter. Lees meer over dit onderwerp in ons artikel over kalibratie van elektromagnetische debietmeters.
• Ze veroorzaken geen drukval in de stromende vloeistof.

Toepassingen van elektromagnetische debietmeters

Elektromagnetische debietmeters zijn veelzijdig en kunnen in tal van industrieën worden toegepast, waaronder water- en afvalwaterbehandeling, chemische verwerking, voedsel- en drankproductie, farmaceutica en mijnbouw.

• Water- en afvalwaterbeheer
  • Meting van schoonwaterdebiet voor gemeentelijke distributie
  • Controle van lozing van afvalwater om naleving van milieueisen te garanderen
  • Debietmeting in rioolwaterzuiveringsinstallaties voor procesregeling en efficiëntie
• Chemische en farmaceutische industrie
  • Nauwkeurige dosering van vloeistoffen tijdens chemische reacties
  • Partijcontrole bij de productie van farmaceutische producten
  • Meting van corrosieve vloeistofstroom zonder contact met bewegende delen, waardoor onderhoud tot een minimum beperkt blijft
• Voedingsmiddelen- en drankensector
  • Debietmeting bij de productie van dranken (bijv. bier), om consistentie en kwaliteitscontrole te garanderen
  • Bewaking van vloeibare ingrediënten in voedselverwerking voor nauwkeurige receptformulering
  • CIP-systemen (Cleaning-In-Place) om de stroomsnelheden van reinigingsmiddelen te controleren
• Pulp- en papierindustrie
  • Meting van pulpstroom om het papierproductieproces te regelen
  • Beheer van chemische additieven die nodig zijn tijdens papierproductie
  • Behandeling en behandeling van afvalwater
• Mijnbouw en mineraalverwerking
  • Slurrystroommeting om de extractie en verwerking van mineralen te optimaliseren
  • Beheer van chemische dosering voor scheidingsprocessen
  • Controle van watergebruik in verschillende stadia van mineraalverwerking
• Landbouw en irrigatie
  • Bewaking van de waterdistributie voor irrigatiesystemen, als hulp bij waterbesparing
  • Beheer van de toediening van voedingsstoffen en kunstmest via fertigatiesystemen
  • Meting van waterstroming in aquacultuurfaciliteiten om optimale omgevingen voor waterleven te behouden

Nadelen van elektromagnetische debietmeters

• Niet-geleidende vloeistoffen: Elektromagnetische debietmeters kunnen het debiet van niet-geleidende vloeistoffen niet meten.
• Vereisten voor vloeistofgeleiding: De geleidbaarheid van de vloeistof moet een minimumwaarde overschrijden om de debietmeter correct te laten werken. Raadpleeg de gegevensbladen van de fabrikant om het specifieke geleidingsniveau te bepalen.
• Stroomprofiel: Elektromagnetische debietmeters vereisen een volledig ontwikkelde debietmeter. Obstructies, bochten of een onvoldoende recht stuk pijp stroomopwaarts en stroomafwaarts van de sensor kunnen leiden tot meetfouten.
• Stromingsbuiscondities: De isolerende voering van de stromingsbuis moet intact zijn en vrij van schade of opbouw. Elke aantasting van de integriteit van de voering, zoals kalkaanslag, pitting of vervuiling, kan de prestaties negatief beïnvloeden en leiden tot onnauwkeurige debietmetingen.
• Elektrische storing: Externe elektromagnetische velden kunnen de werking van de debietmeter verstoren. Interferentie kan afkomstig zijn van apparatuur in de buurt, zoals motoren of frequentieregelaars, en kan signaalruis of foutieve metingen veroorzaken. Afscherming en goede aarding zijn nodig om deze effecten te beperken.
• Beperkt gebruik in gas- en stoomtoepassingen: Omdat elektromagnetische debietmeters zijn ontworpen voor het meten van vloeistofdebieten, zijn ze niet geschikt voor gas- of stoomtoepassingen. Het gebrek aan elektrische geleidbaarheid in deze media voorkomt het genereren van een meetbare geïnduceerde spanning.
• Hoge initiële kosten: In vergelijking met sommige mechanische debietmeters kunnen elektromagnetische debietmeters hogere initiële kosten hebben vanwege hun geavanceerde elektronische componenten en constructiematerialen. Dit wordt echter vaak gecompenseerd door lagere onderhoudskosten en de lange levensduur van het apparaat.
• Temperatuur- en drukbeperkingen: Hoewel elektromagnetische debietmeters een breed temperatuur- en drukbereik aankunnen, kunnen extreme omstandigheden de operationele limieten van standaardsensoren en voeringen overschrijden. Voor zeer hoge temperaturen of drukken zijn speciale meters nodig, wat de kosten kan verhogen en de mogelijkheden kan beperken.

FAQs

Hoe werkt een elektromagnetische debietmeter?

Een elektromagnetische debietmeter gebruikt een magnetisch veld en elektroden om het debiet van de vloeistof door de debietmeter te meten.

Wat is het verschil tussen een elektromagnetische debietmeter en een ultrasone debietmeter?

Een elektromagnetische debietmeter meet het debiet van een geleidende vloeistof met behulp van magnetische flux en een ultrasone debietmeter meet het geluid dat door een vloeistof beweegt om het debiet te meten.