Sähkömagneettinen virtausmittari on mittalaite, joka on suunniteltu mittaamaan nesteiden tilavuutta tai massavirtaa ja joka perustuu Faradayn sähkömagneettisen induktion lakiin . Se on yleistynyt veden, vesiliuosten ja suspensioiden virtauksen mittaamiseen.
Sähkömagneettisten virtausmittareiden etuja ovat hydrodynaamisen vastuksen puuttuminen, liikkuvien mekaanisten elementtien puuttuminen.
Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan EMF indusoituu magneettikentässä liikkuvaan johtimeen , mikä on verrannollinen johtimen nopeuteen . Tämän EMF:n vektori on kohtisuorassa johtimen liikesuuntaan ja magneettikentän vektoriin nähden.
Jos korvaamme johtimen magneetin napojen välissä virtaavalla johtavalla nesteellä , niin nesteeseen indusoituneen EMF:n suuruus Faradayn lain mukaan on verrannollinen nesteen virtausnopeuteen. Faraday itse ehdotti tällaista mittaria. Kestomagneeteilla varustetut vesivirtausmittarit eivät kuitenkaan ole saaneet merkittävää käytännön jakelua merkittävien puutteiden vuoksi:
Myöhemmin kestomagneetti korvattiin sähkömagneetilla, joka luo vaihtuvan magneettikentän. Moduloitu magneettikenttä johti sähkömagneetin indusoimaan EMF:n modulaatioon, mikä mahdollisti hyödyllisen signaalin erottamisen loissähkökemiallisesta EMF:stä.
Virtausmittarin mittausvyöhykkeen putki (osan pituus 2...5 putken halkaisijaa) on valmistettu johtamattomasta ei-magneettisesta materiaalista. Useimmiten vuoraus (sisäosa) on valmistettu inertistä muovista (kuten fluoroplastista, polyeteenistä) ruostumattomassa teräsputkessa. Joskus koko putki on muovia. Virtauksen turbulenssin vähentämiseksi mittausvyöhykkeellä on suositeltavaa asentaa virtausmittari suoriin osiin muuttamatta osuutta 5...10 putken halkaisijalle ennen ja jälkeen virtausmittarin.
Näiden laitteiden virhe määräytyy pääasiassa niiden kalibroinnin ja potentiaalieron E mittauksen virheistä.
Kestävällä sähkömagneetilla varustettujen sähkömagneettisten virtausmittareiden merkittävä ja suurin haitta, joka rajoittaa niiden käyttöä heikosti sykkivien virtausten mittaamiseen, on mittauselektrodien polarisaatio, jossa anturin resistanssi muuttuu ja sen seurauksena merkittäviä lisävirheitä ilmenee. Polarisaatiota vähennetään käyttämällä erikoismateriaaleista valmistettuja elektrodeja (hiili, kalomeliumi) tai elektrodien erikoispinnoitteita (platina, tantaali). Tällaiset virtausmittarit vaativat usein päivittäistä huoltoa (nollasäätö, uudelleensäätö jne.).
Virtausmittareissa, joissa on vaihtuva magneettikenttä, elektrodin polarisaatioilmiö puuttuu, mutta muita vaikutuksia ilmenee, jotka myös vääristävät hyödyllistä signaalia:
Sähkömagneettisten virtausmittareiden primäärimuuntimissa ei ole putkilinjaan työntyviä osia (elektrodit asennetaan tasolle putkilinjan seinämän kanssa), supistuksia tai profiilimuutoksia. Tästä johtuen laitteen hydraulihäviöt ovat minimaaliset. Lisäksi virtausmittarin lähetin ja prosessiputkistot voidaan puhdistaa ja steriloida purkamatta. Siksi näitä virtausmittareita käytetään biokemian- ja elintarviketeollisuudessa, jossa väliaineen steriiliysvaatimukset ovat hallitsevia. Onttojen syvennysten puuttuminen sulkee pois mitatun tuotteen pysähtymisen ja koaguloitumisen.
Mitattavan nesteen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ( viskositeetti , tiheys , lämpötila jne.) eivät vaikuta sähkömagneettisten virtausmittarien lukemiin , jos ne eivät muuta sen sähkönjohtavuutta.
Ensisijaisten muuntimien suunnittelu mahdollistaa uusimpien eristys-, korroosionesto- ja muiden pinnoitteiden käytön, mikä mahdollistaa aggressiivisten ja hankaavien väliaineiden virtauksen mittaamisen. Erikoisvirtausmittareissa, joissa on vaihtuva magneettikenttä, elektrodit voidaan myös eristää nesteestä muodostaen kondensaattorin mittauspiiriin.
Menetelmä on herkkä epähomogeenisuuksille (kuplat), virtauksen turbulenssille, virtausnopeuksien epätasaiselle jakautumiselle kanavaosuudella.
Menetelmä on herkkä putken läpi virtaaville loismaavirroille. Siksi tällaisten virtojen riskillä virtausmittaria edeltävät ja sen jälkeiset osat on valmistettu metalliputkesta ja osien huolellinen sähköliitäntä minimoimaan loisvirrat veden läpi virtausmittarin alueella.
Virtausmittarit (erityisesti kestomagneeteilla varustetut) voivat tukkia putken poikkileikkauksen virtausmittarin magneettisen järjestelmän pidättelemällä metallijätteellä. Tämän ilmiön torjumiseksi sähkömagneettiset virtausmittarit sammutetaan ajoittain lyhyeksi ajaksi, jotta veden virtaus pääsee kuljettamaan roskat pois.
Mainitut edut tarjosivat melko laajan sähkömagneettisten virtausmittareiden jakelun huolimatta niiden suhteellisen monimutkaisuudesta.
Sähkömagneettisia virtausmittareita käytetään mittaamaan hyvin pieniä (3 x 10 −9 m 3 /s) virtausnopeuksia (esimerkiksi veren virtauksen mittaamiseen verisuonten läpi) ja suuria nesteiden virtausnopeuksia (3 m 3 / s). Lisäksi yhden vakiokoon virtausmittarin mittausalue on 1000:1.
Sähkömagneettiset virtausmittarit eivät sovellu kaasujen virtauksen mittaamiseen eikä nesteisiin, joiden sähkönjohtavuus on alle 10 -3 - 10 -5 S/m (10 -5 - 10 -7 Ohm -1 * cm -1 ), esimerkiksi kevyet öljytuotteet, alkoholit jne. Tällä hetkellä kehitteillä olevien erityisten automaattisten kompensointilaitteiden käyttö mahdollistaa mitatun väliaineen sähkönjohtavuuden vaatimuksia merkittävästi alenevan ja sähkömagneettisten virtausmittareiden luomisen mahdollisten nesteiden virtauksen mittaamiseen , mukaan lukien öljytuotteet.
Virtausmittarit ovat löytäneet suurimman sovelluksen vesi- ja energiavarojen laskennassa (erityisesti lämmitysjärjestelmissä).
Sähkömagneettisia virtausmittareita käytetään laajalti metallurgiassa, biokemianteollisuudessa ja elintarviketeollisuudessa, rakentamisessa ja malminjalostuksessa, lääketieteessä, koska niillä on alhainen inertia muihin virtausmittareihin verrattuna. Virtausmittarit ovat välttämättömiä niissä automaattisissa ohjausprosesseissa, joissa viiveellä on merkittävä rooli, tai nopeasti muuttuvien kustannusten mittaamiseen.
Teollisuuden sähkömagneettisten virtausmittareiden tärkeimmät erot: