فلومتر مغناطیسی

فلومتر مغناطیسی چیست؟

• آشنایی با مفهوم فلو و فلومتر
• آشنایی با مفهوم فلومتر مغناطیسی

آشنایی با مفهوم فلو و فلومتر

به منظور آشنایی با فلومتر مغناطیسی لازم است در گام نخست با مفهوم فلومتر آشنا شوید. لازم به ذکر است که اندازه گیری جریان سیال به عنوان یکی از حائز اهمیت ترین مولفه های اندازه گیری مورد استفاده در صنایع گوناگون در دنیای امروز از اهمیتی غیر قابل چشم پوشی برخوردار می باشد.

اکثر کارشناسان بر این باورند که بعد از اندازه گیری دما که یکی از مهم ترین اندازه گیری های مورد استفاده امروزی می باشد، پر اهمیت ترین و در عین حال کاربردی ترین کمیت اندازه گیری به کار گرفته شده در صنعت های مختلف فلو یا به عبارت دیگر جریان سیال است. اهمیت اندازه گیری این پارامتر و نیز تنوع فرآیند صنایع متنوع زمینه ای را فراهم ساخته است که روش های گوناگونی به منظور اندازه گیری جریان سیال در طی زمان های مختلف ایجاد شده و مورد استفاده قرار گیرد.

لازم به ذکر است که انتخاب فلومترهای مناسب برای هر کاربرد دانش خاصی را در حوزه شناخت روش های متعدد و متنوع فلومتری می طلبد. گفتنی است که انتخاب مذکور تحت تاثیر موارد دیگری همچون دقت، قیمت تمام شده، هزینه های تعمیرات و کالیبراسیون، سازگاری عملکرد فلومتر با شرایط پروسه تولید و… نیز قرار می گیرد.

حال که آشنایی لازم را با مفهوم فلو و فلومتر به دست آوردید، در ادامه به بررسی مفهوم فلومتر مغناطیسی خواهیم پرداخت.

آشنایی با مفهوم جریان سنج الکترومغناطیسی

فلومتر مغناطیسی به اندازه گیری تغییرات شار مغناطیسی در اثر سرعت سیال جاری پرداخته و با کمک آن موفق به اندازه گیری مقدار فلو با دقتی بسیار چشم گیر می گردد. به عبارت دیگر می توان گفت که پدید آمدن شار مغناطیسی در سیال گذرنده از فلومتر و اندازه گیری دقیق آن می تواند منجر به ایجاد یک فلومتر مغناطیسی گردد.

مکانیزم فلومتر مگنتیک به گونه ای است که آب یا سیال گذرنده از آن باید تا حدودی از خواص الکتریکی و رسانایی بهره مند باشد. عدم وجود خواص الکتریکی و رسانایی در آب یا سیال عبوری از جریان سنج الکترومغناطیسی موجب ایجاد اخلال در عملکرد آن خواهد شد. بهترین روش برای اندازه گیری فلو چنین سیالاتی استفاده از فلومترهای دارای مکانیزم متفاوت همچون فلومتر ورتکس و یا فلومتر توربینی می باشد. به عنوان مثال می توان گفت که به کارگیری فلومتر مگنتیک به منظور اندازه گیری فلوی آب مقطر و یا آب دمینرال امکان پذیر نمی باشد. چرا که این نوع آب از خواص الکتریکی و رسانایی لازم برای انجام این عمل برخوردار نیست.

جریان سنج الکترومغناطیسی قابلیت عملکرد درست در دمای حداکثر 80 درجه سانتی گراد را دارا بوده و با در نظر گرفتن کاربرد لاینرهای مورد استفاده در ساختار فلومتر در جنس های مختلفی همچون تفلون، هارد رابر و… تولید می گردد. این دسته از فلومترها تکنیک های متعدد و در عین حال متنوعی را به منظور اندازه گیری فلو سیال عبوری مورد استفاده قرار می دهند.

از جمله رایج ترین تکنیک های مورد استفاده در زمینه اندازه گیری فلو می توان به اندازه گیری جریان به روش جا به جایی مثبت (positive displacement)، اندازه گیری جریان به روش اوریفیس پلیت (orifice plate)، اندازه گیری جریان به روش توربینی (turbine)، اندازه گیری جریان به روش روتامتری (variable area)، اندازه گیری جریان به روش آلتراسونیک با پدیده دوپلر (ultrasonic: Doppler)، اندازه گیری جریان به روش آلتراسونیک با روش زمان انتقال و… (ultrasonic: transit time, time of travel, time of flight)، اندازه گیری جریان به روش ونتوری (orifice plate)، اندازه گیری جریان به روش مغناطیسی (magnetic)، اندازه گیری جریان به روش ورتکس (vortex shedder)، اندازه گیری جریان به روش روتامتر (variable area rotameter)، اندازه گیری جریان به روش فلومتر مخصوص کانال های باز (weir and flume open channel)، اندازه گیری جریان به روش کوریالیس (coriolis)، اندازه گیری جریان به روش گرمایی (thermal) و اندازه گیری جریان به روش پیتوت (pitot tube) اشاره نمود.

آشنایی با انواع فلومتر مگنتیک و نحوه انتخاب آن

• با انواع گوناگون فلومتر مغناطیسی آشنا شوید.
• چگونگی انتخاب فلومتر مناسب

با انواع گوناگون جریان سنج الکترومغناطیسی آشنا شوید!

همان گونه که تا بدین جا اشاره کردیم، فلومتر که آن را تحت عنوان جریان سنج نیز نام گذاری می کنند، وسیله ای است که به منظور اندازه گیری جریان های خطی، غیر خطی، جرمی و یا حجمی مایعات و گازها مورد استفاده قرار می گیرد. فلومتر مغناطیسی یکی از پر طرفدارترین و محبوب ترین فلومترهایی است که برای اندازه گیری سرعت سیال و فلوی گذرنده از آن قانون فارادی امواج الکترومغناطیسی را مورد استفاده قرار می دهد.

استفاده از فلومتر مغناطیسی دارای شرایط خاصی می باشد که در ادامه به آن ها اشاره خواهیم کرد:

• جریان سنج الکترومغناطیسی تنها برای مایعات قابل استفاده می باشد.
• مایع مورد نظر لزوما باید هدایت کننده جریان الکتریکی باشد.
• پایپ لاین یا لوله فلومتر مورد نظر باید از مایع موجود پر گردد.

فلومترهای مذکور دارای انواع مختلفی هستند. فلومتر مخصوص آب، فلومتر مخصوص فاضلاب، فلومتر مخصوص مواد بهداشتی، فلومتر مخصوص مواد غذایی، فلومتر مخصوص مواد شیمیایی، فلومتر صنعتی، فلومتر انواع اتصالات آب و فاضلاب، فلومتر مخصوص نیروگاه نفت و گاز، فلومتر مخصوص داروسازی و سایر صنایع نمونه هایی از مهم ترین فلومترهای مغناطیسی موجود هستند.

اگر چه انواع متعدد و مختلفی از جریان سنج الکترومغناطیسی به منظور اندازه گیری فلو سیالات متنوع وجود داشته و عملکرد کلیه آن ها نیز تابع قانون فارادی و خلق ولتاژ در اثر گذر سیال مورد نظر از میدان مغناطیسی می باشد، اما با وجود تشابه قانون های مورد استفاده در این وسایل برخی از آن ها با توجه به نوع کاربرد مورد انتظار در مقایسه با سایر انواع موجود مناسب تر به نظر می رسند.

لازم به ذکر است که مواد اولیه مورد استفاده در لوله سیال و دستگاه های اندازه گیری فلو تاثیر بسیار زیاد و در عین حال مستقیمی بر درستی یا نادرستی اندازه گیری صورت گرفته دارند. نوع تجهیزات مناسب به منظور دستیابی به یک کاربرد خاص نیز تحت تاثیر شکل سرعت سیال و ظرفیت سیستم فلومتر مغناطیسی آب مورد استفاده برای اداره نمودن آشفتگی های سیال و سایر تداخلات می باشد.

گفتنی است که توجه به مقیاس فلومتر مگنتیک در محدودیت سایز و سرعت یکی دیگر از موارد مهمی است که باید برای اطمینان از عملکرد درست و قابل اعتماد دستگاه در طی یک دوره کارایی و مقدار جریان عبوری مورد توجه ویژه قرار بگیرد.

ویژگی های فیزیکی و علی الخصوص ابعاد یک فلومتر مغناطیسی توانایی آنالیز فلومتر و نیز سرعت موثر پوشش دهی آن را  به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می دهد. لازم به ذکر است که سایز اندازه گیری بیشتر فلومترهای مغناطیسی موجود و در دسترس بین 6/0 تا 9/7 اینچ یا به عبارت دیگر بین 15 تا 200 میلی متر می باشد. سرعت این دسته از وسایل نیز بین 3/0 تا 10 متر بر ثانیه تخمین زده شده است.

شایان ذکر است که افزایش سایز و سرعت فلومتر مگنتیک زمینه ای را فراهم می سازد که فلومتر بتواند فلوی بیشتری را اندازه گیری کند. برخی از فلومترهای مغناطیسی موجود در بازار قادرند سرعت های کمتر از بازه استاندارد ذکر شده را نیز اندازه گیری کنند. اما در اثر این کار دقت اندازه گیری جریان سنج الکترومغناطیسی تا حدودی کاهش پیدا خواهد کرد.

جالب است بدانید که اندازه گیری سرعت های بیشتر از سطح استاندارد که 5 ثانیه عنوان شده است، موجب افزایش میزان ریسک از بین رفتن لوله های دستگاه مورد استفاده می شود. بنابراین به عنوان یک جمع بندی ساده در این قسمت می توان گفت که به کارگیری فلومترهای مغناطیسی در سرعت های کمتر از سطح استاندارد زمینه کاهش دقت و استفاده از آن ها در سرعت های بالاتر از حد استاندارد موجبات از بین رفتن لوله ها را فراهم می سازد.

چگونگی انتخاب فلومتر مناسب

حال شاید این سوال ذهنتان را به خود درگیر کرده باشد که نحوه انتخاب یک فلومتر مناسب چگونه است؟

لازم است پیش از انتخاب فلومتر مورد نظر درک روشنی از الزامات کاربردی داشته باشید. این اصلی ترین پایه برای انتخاب مناسب در این زمینه می باشد. بنابراین ماهیت مایع مورد نظر و نصب کلی را به طور کامل مورد ارزیابی دقیق و جزئی قرار دهید. پاسخگویی به برخی سوالات کلیدی می تواند راهگشای انتخاب شما باشد. در ادامه به برخی از این سوالات اشاره خواهیم نمود:

• نوع سیالی که قصد اندازه گیری جریان عبوری از آن با به کارگیری جریان سنج دارید، چیست؟
• آیا نیازمند اندازه گیری حجم عبوری در واحد زمان هستید؟
• توتالایزر از اندازه گیری جریان را در اختیار دارید؟
• در صورتی که مایع مورد نظری که قصد محاسبه جریان عبوری از آن را دارید، آب نیست، مقدار ویسکوزیته مایع مورد نظر چقدر می باشد؟
• آیا مایع موجود تمیز و فاقد آلودگی است؟
• نیاز شما یک صفحه نمایش محلی بر روی فلومتر است یا یک خروجی سیگنال الکترونیکی؟
• حداقل و حداکثر جریان عبوری از سیال مورد نظر چقدر است؟
• حداقل و حداکثر فشار چه اندازه است؟
• حداقل و حداکثر دما چه میزان است؟
• آیا سیال مورد نظر از نظر شیمیایی با قسمت های در تماس با مایع فلومتر سازگاری دارد؟
• اندازه لوله فلومتر مورد استفاده چقدر است؟
• …

جالب و در عین حال لازم است بدانید که جریان سنج الکترومغناطیسی برای مایعاتی که از رسانایی الکتریکی برخوردار هستند، به دو شکل آنلاین و آفلاین قابل دسترسی است. این نوع فلومتر در ساختار خود فاقد هر گونه قسمت متحرکی بوده و خروجی حاصل از آن ها به صورت یکپارچه و آنالوگ نمایش داده می شود. خروجی به دست آمده را می توان به منظور نظارت از راه دور و یا ورود به سیستم مورد استفاده قرار داد.

عدم قرارگیری فلومتر مگنتیک در مسیر عبور سیال زمینه ای را فراهم ساخته است که هیچ گونه افت فشاری در سیستم ظهور نکند. این طرز قرارگیری  فلومتر مغناطیسی آب موجب شده است که این دسته از فلومترها به گزینه ای مناسب برای اندازه گیری جریان عبوری سیالاتی نظیر سیالات تمیز، سیالات بهداشتی، سیالات خورنده، سیالات ساینده و دوغاب تبدیل گردد.

مواد اولیه به کار گرفته شده در ساخت جریان سنج الکترومغناطیسی شرایطی را مهیا می کند که اندازه گیری جریان عبوری مایعات دارای خورندگی بالا همچون اسیدها، اکسیدهای کلسیم و دوغاب های ساینده توسط آن ها ممکن باشد. سیالات خورنده دسته ای از سیالاتی هستند که غالبا در فرآیندهای صنایع شیمیایی و واحدهای شیمی بیشتر کارخانجات به کار گرفته می شوند. دوغاب ها نیز در زمینه هایی نظیر صنایع معادن، فرآیند جداسازی مواد معدنی از سنگ های کانی، کاغذ، خمیر کاغذ، صنایع بازیافت آب و فاضلاب و… استفاده می شوند.

اساس عملکرد فلومتر مغناطیسی

همان گونه که پیش تر نیز اشاره کردیم، عملکرد فلومتر مغناطیسی به عنوان وسیله ای به منظور تبدیل جریان گذرنده از سیال به جریان مغناطیسی، بر پایه قانون فارادی می باشد. بر اساس قانون فارادی زمانی که یک هدایتگر الکتریکی از داخل میدانی مغناطیسی بگذرد، ولتاژی بر آن القا می گردد. لازم به ذکر است که میان دامنه ولتاژ تولیدی با سرعت هدایتگر الکتریکی، طول آن و قدرت میدان مغناطیسی موجود رابطه ای مستقیم وجود دارد.

اساس کار جریان سنج الکترومغناطیسی به این صورت است که جریان عبوری از سیال مورد نظر پس از از سر گذراندن فعل و انفعالات متعدد و متنوعی به جریان مغناطیسی تبدیل و در آخر بر روی صفحه نمایشگر به نمایش در می آید. اعدادی که توسط فلومتر مغناطیسی محاسبه می شوند، داده هایی دیجیتالی بوده که قابلیت استفاده در محاسبات انجام شده توسط اپراتورها و اتاق کنترل را دارا می باشند.

لازم به ذکر است که نتایج مذکور بسیار دقیق و تا حد زیادی قابل قبول می باشند. دقت این نتایج به اندازه ای است که می توان آن ها را در منابع گوناگون مورد استفاده قرار داد. به منظور آشنایی با روش کار فلومتر مگنتیک لازم است با بخش های تشکیل دهنده آن آشنایی پیدا کنید.

در گام نخست لازم است بدانید که فلومترهای مغناطیسی از 4 قسمت گوناگون تشکیل شده اند. قسمت الکترونیک، سیم پیچ ایجاد میدان، الکترودها و بدنه فلومتر 4 قسمت مذکور می باشند.

در ذهن خود سطح مقطع عرضی یک لوله را که یک رسانا در حال عبور از آن است، تصور کنید. عبور سیال رسانا زمینه ای را فراهم می سازد که یک میدان در قسمت الکترونیکی ایجاد گردد. لازم به ذکر است که تقویت میدان پدید آمده در بخش الکترونیکی به کمک سیم پیچ القایی صورت می پذیرد. جریان ایجاد شده به ولتاژی ضعیف در داخل الکترودها تبدیل شده و نهایتا در بخش نمایشگر به صورت یک عدد دیجیتالی نشان داده می شود.

فلومتر مغناطیسی گزینه ای مناسب برای اندازه گیری جریان عبوری سیالات قابل انفجار و اشتعال می باشد. بدنه فلومترهای مورد استفاده در چنین پروژه هایی را از مواد ضد انفجار تهیه می نمایند. این در حالی است که شرایط طراحی و مولفه های تولید بدنه های ضد انفجار از استانداردهای خاصی پیروی می کند. جالب است بدانید که گاهی اوقات طراحان به منظور دستیابی به اطمینان کامل از ضد انفجار بودن بدنه فلومتر مورد نظر سیستم های کنترل الکترونیکی راه دور را مورد استفاده قرار می دهند.

انتخاب جنس الکترودها

فولاد ضد زنگ یکی از بهترین گزینه ها به منظور ساخت الکترودهایی است که برای مایعات غیر خورنده مورد استفاده قرار می گیرند. این در حالی است که با توجه به مواد شیمیایی سیال مایعات خورنده مواردی همچون فولاد ضد زنگ، برخی از آلیاژهای نیکل، پلاتینیوم، پلاتینیوم/ ایریدیوم و تانتالوم/ تیتانیوم به کار گرفته می شوند.

انتخاب آستری

جالب و در عین حال لازم است بدانید که عملکرد فلومتر مغناطیسی پدید آوردن یک میدان مغناطیسی در مسیری است که سیال از آن عبور می کند. بر اساس قانون فارادی چنین میدانی موجبات ظهور یک ولتاژ را فراهم می سازد که نهایتا بر روی نمایشگر نمایش داده شده و توسط اپراتور خوانده و مورد استفاده قرار می گیرد.

در صورتی که جنس لوله مسیر عبور سیال از نوع مغناطیسی باشد، میدان مغناطیسی ای که توسط سیال به وجود می آید، دچار اختلال شده و نهایتا اتصال کوتاه روی می دهد. به یاد داشته باشید که رسانا بودن سطح داخلی لوله نیز موجب بروز اتصال کوتاه الکترودها خواهد شد. حال شاید این سوال ذهنتان را به خود درگیر کرده باشد که چاره چنین مشکلی چیست؟

مشکل مذکور چندان هم صعب العلاج نیست! برای حل چنین مشکلی باید در نظر داشت که در حین انجام لوله کشی خطوطی که قصد نصب فلومتر مگنتیک در آنها را دارید، مواد به کار گرفته شده نباید از جنس مواد مغناطیسی باشند. استفاده از موادی همچون فولاد ضد زنگ یکی از توصیه هایی است که ثمر بخش واقع خواهد شد. همچنین عایق بودن پوشش و آستری سطوح درونی لوله ها در این زمینه از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد.

بنابر آن چه تا بدین جا گفته شد، می توان گفت که انتخاب آستری باید بر اساس کاربرد آن صورت بگیرد. ضروری است که آستری انتخابی در مقابل دما، فشار، ساییدگی، فرسایش و خوردگی شیمیایی مقاومتی بی نظیر از خود به نمایش بگذارد. بهترین موادی که انتخاب آن ها به عنوان آستری می تواند مفید واقع شود، در ادامه مورد بررسی قرار گرفته اند:

تفلون

تفلون ها دسته ای از مواد آستری مناسب به منظور استفاده در این زمینه می باشند. این مواد گزینه هایی مناسب به منظور استفاده در محدوده دمایی 50 تا 200 درجه سانتی گراد هستند. از جمله مهم ترین ویژگی های این مواد می توان به مقاومت بی نظیر آن ها در مقابل فرسایش ناشی از ذرات ریز اشاره کرد. تفلون در برابر اغلب اسیدها و بازها نیز مقاومت منحصر به فردی از خود به نمایش می گذارد. البته به یاد داشته باشید که استفاده از این نوع آستری به منظور کاربردهای صنایع غذایی و آب آشامیدنی توصیه نمی شود.

نوپرون

نوپرون ها دسته ای دیگر از مواد آستری مناسب هستند که غالبا در محدوده دمایی 0 تا 100 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از مواد مقاومت بسیار چشمگیری در مقابل فرسایش و نیز واکنش های شیمیایی به ویژه نفت و گریس از خود به نمایش می گذارند.

لاستیک نرم

لاستیک های نرم نیز یکی دیگر از مواردی هستند که به کارگیری آن ها در این زمینه می تواند موثر و در عین حال مناسب واقع شود. قیمت ارزان این مواد در عین دارا بودن مقاومت بسیار زیاد در برابر سایش از مهم ترین ویژگی های لاستیک های نرم است. لازم به یادآوری است که لاستیک های نرم برای استفاده در دوغاب نیز مناسب هستند.

لاستیک سخت

لاستیک های سخت به عنوان یکی دیگر از مواد آستری مناسب اغلب در محدوده دمایی 0 تا 90 درجه سانتی گراد به کار می گیرند. این دسته از مواد کاربردی عمومی داشته و به منظور تهیه آب و دوغاب رقیق مناسب می باشند.

سرامیک

سرامیک ها نیز دسته ای از مواد آستری مناسب می باشند که محدوده دمایی استفاده از آن ها بین منفی 60 تا مثبت 250 درجه سانتی گراد تخمین زده شده است.

 از جمله مهم ترین ویژگی های سرامیک ها می توان مقاومت بسیار زیاد آن ها در برابر سایش و خوردگی، قیمت بسیار مناسب و به صرفه، تناسب به منظور به کارگیری در کاربردهای بهداشتی، استحکام بی نظیر در مقابل فشار، مقاومت بسیار ناچیز در مقابل کشش، شکنندگی، احتمال شکستن در برابر تغییرات ناگهانی دما و غیر قابل استفاده بودن آن ها برای به کارگیری با اسیدهای اکسید کننده و یا بازهای قوی را نام برد.