elektromagnetni mjerači protoka - electromagnetic flow

mjeračimjerači

Seminarski radSeminarski rad ELEKTROMAGNETNIELEKTROMAGNETNI

protokaprotoka

Delić Emir

Katedra za energetiku, procesnu tehniku i okolinsko inženjerstvoPredemet: Energetsko-procesna i okolinska mjerenja

MAŠINSKI FAKULTET SARAJEVO

• Uvod

• Karakteristike EMP

• Opći princip rada

• Način ugradnje i izbor

• Prednosti i nedostaci

Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka

Mašinski fakultet Sarajevo


(Newington Butts, 22. septembar 1791. - Hampton Court 25. august 1867.)

Bio je britanski naučnik (fizičar i hemičar) koji je odgovoran za mnoga otkrića na području elektromagnetizma i elektrohemije.

Michael Faraday

Mjerni postupak elektromagnetnih mjerača protoka počiva upravu na Faradeyevom zakonu indukcije po kojem dolazi do induciranja napona – elektromagnetne sile u provodniku koji se kreće u magnetnom polju.



Faraday je pokušao odrediti brzine protoka rijeke Thames 1831. godine mjerenjem napona induciranog u tekućoj vodi magnetnim poljem zemlje.

Stotinu godian kasnije, švicarski inovator i svećenik, otac Bonaventura Thurleman iskoristio je Faradeyevo učenje i konstruisao prvi elektromagnetni mjerač protoka. Ovaj metod mjerenje se i danas koristi.

• Uvod








Elektromagnetni (indukcioni) mjerač protoka (EMP) mjeri brzinu protoka u cijevi i to samo za potpuno ispunjene cijevi.

Sastoji od ne-magnetne cijevi obložene izolacijskim materijalom. Također, čini ga par elektromagnetskih zavojnica koje stvaraju magnetno polje te par elektroda koje prodiru kroz cijev i obloge.



Uslovi za korištenje ovih protokomjera:

• princip rada je primenjiv samo na provodne tečnosti

• specifični električni otpor fluida, mora biti manji od 3,5xl0-4 Ω

• cjevovod po cijelom presjeku mora biti ispunjen tečnošću

• simetričan raspored brzina u cjevovodu

Elektomagnetni mjerači protoka se primjenjuju u mjerenjima brzine protoka gdje je potreban visok kvalitet mjerenja i malo održavanje sistema. Cijena ovih senzora protoka je relativno visoka u odnosu na druge protokomjere a u eksploataciji su od pedestih godina prošlog vijeka.



Mjerna cijev EMP-a

Magnetno polje mora prožimati procesnu tekućinu kroz cijev, i zbog toga mjerna cijev ne bi trebali imati feromagnetnih svojstava.

Mjerne cijevi su izrađene od električki izoliranog materija (keramika ili plastika) a obično ima dužinu tri puta veću od debljine zida cijevi.

Unutrašna stijenka cijevi je u direktnom kontaktu sa radnim medijem, tako da materijal mora imati odgovarajuće otpornosti na koroziju.



Elektrode – primaoci signalaElektrode su u direktnom kontaktu sa procesnom tekućinom. Napon koji se razvija na elektrodama je milivoltni signal. Polarizacija elektroda se izbjegava korištenjem naizmjeničnog magnetnog polja.

Materijal elektroda mora biti adekvatno otporan na koroziju te omogućiti dobar električni kontakt sa procesnom tekućinom (fluidom). Za izradu ovih elektroda naščešće se koriste materijali od nehrđajućeg čelika, CrNi legure, a također i platina, tantal i titan cirkonij.



EMP sa kapacitivnim primanjem signala

Za fluid sa iznimno niskom električnom provodljivošću ili za one koje imaju tendenciju formiranja izolacijskog sloja na stijenkama cijevi i na taj način prekinu kontakt između procesne tekućine i elektroda dostupni su EMP sa „nekontanim“ kapacitivnim primanjem signala.

Kod ovih protokomjera elektrode su dizjanirane kao kondenzatorske ploče velike površine koje su smještene izvan mjerne cijevi a to nudi nekoliko prednosti kao što je donja granica provodljivosti medija (i do 0.05 μS/cm) te izostanak problema hemijske podudarnosti elektrode i medija.



Elektromagnetne zavojnice

Postavljene su dijametralno na cijev i okomito na ose elektroda, signal dobijaju od konvertora sa konstantnim izvorom struje za generisanje magnetnog polja. Oblik magnetnog polja (prostorni raspored indukcije u mjernoj cijevi) utiče na linearnost i profil protoka. Ove zavojice su smještene i zaštićene u kućištu elektromagnetnog protokomjera.

Uzemljenje

EMP zahtijevaju odlično uzemljenje za najbolju tačnost a često su potrebne i posebne tehnike uzemljenja. Naprimjer, kada je montiran senzor sa plastičnom ili nekom drugom nevodljivom cijevi, odvojeni i uzemljeni prstenovi mogu biti neophodni da se osigura električna veza sa tekućinom. Ovi prstenovi se stavljaju na obje strane protokomjera tokom instalacije.

• Uvod






Indukcioni senzor protoka je elektromagnetni senzor, koji radi na principu Faradejevog zakona. Relativnim kretanjem provodnika i magnetnog polja (u našem slučaju pod pravim uglom) u provodniku se indukuje napon-elektromotorna sila (EMS).

Sljedeći izraz prikazuje proporcionalnost napona i protoka:

EMS = k • B • D • vgdje su :k – konstanta proporcionalnosti B – jačina magnetnog poljaV - srednja brzina fluidaD - prečnik cijevi


Opći princp rada EMP


Princip radaPrincip rada

Važi za:

Laminarno

Turbulentno kretanje tečnosti


Pomoću indukcionih mjerača protoka diretktno se mjeri brzina strujanja tečnosti, tj. zapreminski protok.


Signal induciranog napona se uzima sa dvije elektrode koje su u kontaktu sa fluidom. i dalje prenose konvertoru signala za standardiziranje, tj. prilagođavanje izlaznog signala. Taj signal se obično pretvara u standardnu struju (4-20 mA) ili u izlaznu frekvenciju (0-10 000 Hz) .

Signal induciranog napona se uzima sa dvije elektrode koje su u kontaktu sa fluidom. i dalje prenose konvertoru signala za standardiziranje, tj. prilagođavanje izlaznog signala. Taj signal se obično pretvara u standardnu struju (4-20 mA) ili u izlaznu frekvenciju (0-10 000 Hz) .

Tačnost mjerenja je između 0,25 i 1,5% od mjerenog protoka.

Princip radaPrincip rada

Uticaj provodljivosti mUticaj provodljivosti mjjerenog medijaerenog medija

Tečnosti koje se ponašaju kao provodnici: voda, razni vodeni rastvori, kiseline, živa itd.

Ne može se primjeniti u slučaju dielektrika: nafte, benzina, ulja...

Ue e

Rm

R

PretvaračPretvarač

SenzorSenzor

cUe

RRm

,1014R,200 KRm

=5mS/cm PrimjerPrimjer

<<



R - ekvivalentni otpor mjernog pretvarača

Rm - otpornost mjerenog medijaUe – napon na pretvaraču

Slika: Električni model elektromagnetnog mjerenja protoka

• Uvod



• Način ugradnje i izbor EMP



Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor

Pri montaži indukcionih protokomjera, postoje izvjesna ograničenja i preporuke na položaj mjerača u cjevovodu. Tako na primer za indukcioni senzor Danfos MAGflow, preporuka je da mjerač bude barem 5Di (unutrašnjih poluprečnika

senzora) iza, odnosno 3Di ispred pumpe

i/ili ventila.

Min 5Di Min 3Di

Da bi se izbjeglo postojanje vazdušnih čepova, pri horizontalnoj montaži senzor treba da bude nisko u cjevovodu.




Senzor mora uvijek biti pun tečnosti

Izbjegavati Instalaciju u najvišoj tački cjevovoda Vertikalnu instalaciju, pri slobodnom oticanju

vode




TTipiipiččne greškene greške koje se javljaju pri instalaciji protokom koje se javljaju pri instalaciji protokomjjeraera

Za eksperimentalna mjerenja korišten je Danfos MAGflow, MAG 3000/3100, sa sljedećim parametrima:DN 150, Qmax = 700 m3/h, v=10 m/s

ProtokomProtokomjjer neposredno iza er neposredno iza zasunskogzasunskog ventila ventila

Prihvatljiva dodatna greška merenja ako je ventil 100% otvoren




ProtokomProtokomjjer neposredno iza er neposredno iza zasunskogzasunskog ventila ventila

Protok [m3/h]

Otvorenost ventila [%] Referenta greška [%]

50% 25% 10%

greška

250 6.1 -18 -0.04

188 6.3 -0.11

125 6.5 -0.14

63 6.6 -0.16

38

100%

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.8 6.9 -0.18

100%

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.8

NIJE PRIHVATLJIVO.




ProtokomProtokomjjer za er za 44DDii (unutrašnja pre (unutrašnja preččnika) iza nika) iza zasunskogzasunskog ventila ventila

Protok [m3/h]

Otvorenost ventila [%]Referenta

greška [%]

greška

250 -0.04

188 -0.11

125 -0.14

63 -0.16

38

100% 50% 25% 10%

-0.3 0.6 -0.1

-0.1 0.7 -0.6

-0.5 0.7 -0.6 0.6

-0.4 0.7 -0.5 0.6

-0.3 0.9 -0.04 0.8 -0.18

100% 50% 25% 10%

-0.3 0.6 -0.1

-0.1 0.7 -0.6

-0.5 0.7 -0.6 0.6

-0.4 0.7 -0.5 0.6

-0.3 0.9 -0.04 0.8




ProtokomProtokomjjer neposredno er neposredno ispredispred zasunskogzasunskog ventila ventila

Protok [m3/h]


greška

250 -0.04

188 -0.11

125 -0.14

63 -0.16

38

100% 50% 25% 10%

-0.3 -0.3 -0.3

-0.3 -0.3 -0.3

-0.3 -0.4 -0.3 -0.4

-0.4 -0.4 -0.4 -0.4

-0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -0.18

100% 50% 25% 10%

-0.3 -0.3 -0.3

-0.3 -0.3 -0.3

-0.3 -0.4 -0.3 -0.4

-0.4 -0.4 -0.4 -0.4

-0.3 -0.4 -0.5 -0.5

Uticaj v

entila ili

bilo

kakvog drugog

uređaja je zn

atno

manji ako se

nalazi

iza m

jerača




Protokomer neposredno iza leptir ventilaProtokomer neposredno iza leptir ventila

Protok [m3/h]

Otvorenost ventila [%] Referenta greška

[%]100% 50% 25% 10%

greška

250 3.2 20 -0.04

188 3.4 20 -0.11

125 3.4 20 -0.14

63 3.9 19 -0.16

38 3.9 18 -0.18

Dodatna greška

približno 5% za 100%

otvorenosti ventila

NIJE PRRIHVATLJIVO.




Protokomer za Protokomer za 44DDii iza leptir ventila iza leptir ventila

Protok [m3/h]


100% 50% 25% 10%

greška

250 -2.3 1.2 -0.04

188 -2.0 1.1 -0.11

125 -2.4 1.1 0.6 -0.14

63 -2.7 1.1 0.3 -0.16

38 -2.7 1.0 0.4 0.4 -0.18

Bez obzira na procenat

otvorenosti ventila

dodatna greška je

manja od 3%

Leptir ventil m

ora biti i

više od 5Di is

pred EM

protokomjera.



• Uvod






Prednosti EMPPrednosti EMP

Osnovne prednosti ovakvog načina mjerenja protoka i fizičko-tehničkih karakteristika indukcionih senzora su:

Imaju tačnost do 0.25% mjerenog protoka.

Nema gubitka pritiska rastezanjem cijevi ili ispupčenih dijelova cijevi

Imaju mjerni opseg od 0.025-113000 m3/h.

Imaju praktično dug vijek trajanja.

Rade do maksimalnog pritiska od 700 bar.

Mogući temeperaturni opseg mjerenog medija je od –400C do +2000C.

Praktično neosjetljivi na promene teperature, viskoznosti, gustine i pritiska.



Nedostaci EMPNedostaci EMP

Osnovni nedostaci ovakvog načina mjerenja protoka i fizičko-tehničkih karakteristika indukcionih senzora su:

Ograničenje koje se odnosi na činjenicu da se ovaj mjerač protoka može isključivo koristiti za vodljive fluide.

Elektronički dio ne smije biti izložen temperaturi višoj od 30°C



Područja primjene EMPPodručja primjene EMP

Hemijskoj

Papirnoj

Vodovodnoj

Gotovo svim ostalim procesnim industrijama

elektromagnetni mjerači protoka - electromagnetic flow

Documents