Elektromagnetisk flowmåler

Elektromagnetiske flowmålere , eller kort MID , bruger en målemetode baseret på Faradays lov om elektromagnetisk induktion . Sensoren genererer et elektrisk brugbart signal fra strømmen .

historie

Det første grundlag for magnetisk induktiv måling af strømningshastighed blev registreret i en publikation af Michael Faraday i 1832.

1970'ernes moderne elektroniske kredsløbsteknologi i forbindelse med skiftende magnetfelter gjorde det muligt at filtrere interferenssignaler, der kan spores tilbage til elektrokemiske processer under genereringen af ​​magnetfeltet. Således stod intet i vejen for den udbredte industrielle brug af elektromagnetiske flowmålere (MID).

Konstruktionsprincip

En magnetoinduktiv flowmåler består grundlæggende af et metalmålerør, gennem hvilket et materiale, der skal måles, har en minimal elektrisk ledningsevne, og gennem hvilket et magnetfelt, der genereres ved hjælp af spoler, strømmer. I magnetfeltet er der (i det mindste) to måleelektroder anbragt overfor hinanden på målerøret, på tværs af magnetfeltet, som er tilvejebragt til detektering af den induktivt genererede målespænding. Det metalliske målerør er forsynet med en elektrisk isolerende indre belægning eller foring.

Det komplette målepunkt for et elektromagnetisk flowmåler består af en målesensor og en tilhørende måletransducer.

Måleprincip

Måleprincippet for denne flowmåler bruger adskillelsen af ​​bevægelige ladninger i et magnetfelt ( Hall-effekt ). Den ledende væske, der skal måles, strømmer gennem et rør lavet af ikke-magnetisk materiale, som har et elektrisk isolerende for på indersiden.

Et magnetfelt orienteret vinkelret på strømningsretningen påføres udefra ved hjælp af spoler. Ladebærere, ioner eller ladede partikler, der er til stede i den ledende væske, afbøjes af magnetfeltet: de positive ladningsbærere, for eksempel til venstre, de negative til højre. Ladningsseparationen skaber en spænding på måleelektroderne, som er anbragt vinkelret på magnetfeltet, som registreres af en måleenhed (evalueringsanordning). Niveauet af den målte spænding er proportional med ladningsbærernes strømningshastighed, dvs. H. deres strømningshastighed.

Magnetfelt

I moderne design genereres magnetfeltet af en uret jævnstrøm med skiftende polaritet. Dette sikrer et stabilt nulpunkt og gør målingen ufølsom over for virkningerne af flerfasestoffer og inhomogeniteter i væsken. Et brugbart målesignal kan opnås selv med lav ledningsevne.

I tilfælde af magnetfelter, der drives med ren vekselstrøm, induceres interferensspændinger på elektroderne, som dog i vid udstrækning kan undertrykkes ved hjælp af komplekse og egnede filtre.

Nyttig spænding

Hvis en målevæske nu bevæges gennem røret, påføres en spænding U til de to måleelektroder, som er anbragt på målerøret vinkelret på strømningsretningen og magnetfeltet B ifølge induktionsloven. Med en symmetrisk strømningsprofil og et homogent magnetfelt er denne spænding direkte proportional med den gennemsnitlige strømningshastighed v. Metoden til måling af induktiv strømning er i stand til at generere et elektrisk anvendeligt signal til yderligere behandling direkte fra strømmen. Ud fra dette kan forholdet beregnes som følger:

${\ displaystyle U = k \ cdot B \ cdot D \ cdot v}$

med U = spænding, k = proportionalitetsfaktor, B = magnetfelt, D = rørdiameter, v = flowhastighed

En nedstrøms evalueringsenhed konverterer spændingen til et tilsvarende nyttigt signal.

Elektroder

Valget af det rigtige elektrodemateriale er en afgørende faktor for en pålidelig funktion og målenøjagtighed af en magnetisk-induktiv flowmåling.

Galvanisk signalhane

Måleelektroderne er i direkte kontakt med mediet og skal derfor være tilstrækkeligt korrosionsbestandige og garantere en god elektrisk overgang til det materiale, der skal måles. Elektrodematerialer er for det meste rustfrit stål, CrNi-legeringer, platin, tantal, titanium, zirconium. Sintrede elektroder bruges til transducere med keramiske målerør.

Kapacitivt signalhane

Til medier med ekstremt lav elektrisk ledningsevne og til medier, der kan danne isolerende aflejringer på rørvæggen og dermed afbryde kontakten mellem mediet og elektroden, anvendes sensorer med berøringsfri kapacitiv signaloptagelse i dag.

Elektroderne erstattes af store kondensatorplader og fastgøres på ydersiden af ​​foringen af ​​det ikke-ledende målerør. I tilfælde af EMF'er med kapacitiv signalaflytning ved hjælp af keramiske målerør sintres kondensatoroverfladen på aluminiumoxidmålerøret.

Flyde

Værdien af ​​strømningshastigheden Q kan udledes af rørdiameteren D og den gennemsnitlige strømningshastighed v :

${\ displaystyle Q = v \ cdot A = v \ cdot {\ frac {\ pi \ cdot D ^ {2}} {4}}}$

For både laminære og turbulente strømme er der en lineær afhængighed af den nyttige spænding U af strømningshastigheden v . Volumenstrømmen afhænger af flowhastigheden og den nominelle diameter af flowmåleren.

Ansøgninger

Elektromagnetiske flowmålere til ledende væsker: vand, masser, pastaer, opslæmninger, syrer, baser, juice og emulsioner, herunder væsker med en minimum ledningsevne på 0,5 µS / cm. Forskellige produktfunktioner og tekniske egenskaber garanterer egnethed til næsten alle applikationer såsom:

• Hygiejniske og sterile applikationer
• Påfyldning og dosering
• kemi
• Pharma
• Vand, netværk
• spildevand
• Papir og papirmasse

Elektromagnetiske flowmålere til specielle anvendelser:

• Anvendelse på grund af speciel konstruktion af nyttige signalhaner med delvist fyldte rørledninger og niveaupåvisning .
• Kommunikation via HART , PROFIBUS DP / PA , FOUNDATION fieldbus, Modbus, EtherNet / IP , Bluetooth
• kan bruges i potentielt eksplosive områder

fordele

• Måleprincip praktisk talt uafhængig af tryk, tæthed, temperatur og viskositet
• Også væsker, der indeholder faste stoffer (f.eks. Malmslam, papirmasse)
• Ingen bevægelige dele, derfor ikke slid
• Intet tryktab
• Ingen irriterende inventar, der måler sti som rørledning
• CIP - / SIP -reinigbar Piggable som frit rør tværsnit
• Lineært udgangssignal
• Også til aggressive og ætsende produkter
• Ingen indflydelse på ledningsevne, hvis den er større end 5 µS / cm
• Høj målenøjagtighed selv under fast belastning og med gasindeslutninger
• Høj reproducerbarhed og langvarig stabilitet
• Minimal vedligeholdelse og vedligeholdelse

ulempe

• Krav om en minimum ledningsevne
• Maksimal medium temperatur omkring 200 ° C
• Minimum flowhastighed (responsområde) ca. 0,5 m / s
• Har tendens til unøjagtigheder i råvandsområdet, da jernaflejringer reducerer det nominelle tværsnit

Se også

Flowmålingsteknologi

litteratur

• Heinz Bernard, Frank Grunert, Frank Dornauf, Armin Brucker, Friedrich Hofmann: Flowmålingsteknologi. (= Atp praktisk viden kompakt. Bind 5). Oldenbourg, München 2008, ISBN 978-3-8356-3074-1 .
• Fritz L. Reuther, Adalbert F. Orlicek: Om teknologien til måling af volumen og strømning af væsker. R. Oldenbourg, München 1971, ISBN 3-486-39111-9 .
• Urs Endress et al: Flow Primer. Endress + Hauser Flowtec AG, Reinach 1990, ISBN 3-905615-03-7 .

Weblinks

• 3D-animation af det magnetisk-induktive flowmåleprincip
• Eksempel på en særlig kompakt sensor baseret på det magnetisk-induktive måleprincip (firma ifm)
• PDF-dokument - Flowmåler fra side 7 ( Memento fra 25. januar 2011 i internetarkivet ) (813 kB)
• Elektromagnetiske flowmålere til vandsektoren PDF-fil (107 kB)
• ABB flowmåling

Individuelle beviser

1. ↑ ^{a b} Induktive målemetoder ( Memento fra 25. januar 2011 i internetarkivet ) (PDF; 832 kB)