Elektromagnetische flowmeters begrijpen
Onze flowmeting bibliotheek:
Elektromagnetische flowmeters zijn het Zwitsers zakmes in de flowmeting. Snel en makkelijk in het ontwerp op te nemen. Altijd goed. Om de bekende redenen. Maar hoe dat ding nou precies werkt weten niet veel flow engineers. En juist dat zou je helpen om ontwerpen te maken die beter meten en minder problemen opleveren. Dit artikel doet de motorkap open en trekt het motorblok uit elkaar.
Algemeen werkingsprincipe
Magmeters wekken een magnetisch veld op met twee spoelen om de meetbuis. Op het moment dat een geleider beweegt in dat veld wordt een spanning gecreerd en dat kan gemeten worden. Precies hetzelfde principe als een dynamo. Een dynamo wekt dat veld op met permanente magneten.
Zou je dus een magmeter kunnen maken met een permanente magneet? Ja en nee. Het zou werken. Ook met een permanente magneet rond de meetbuis ontstaat er een potentiaalverschil over de elektrodes zodra er flow is. Maar het opgewekte potentiaalverschil is ongelofelijk klein en ook nog eens ontzettend storingsgevoelig.
Daarom werden magmeters al vanaf het begin gebaseerd op elektromagnetisme. Het magnetisch veld kan op die manier veel sterker gemaakt worden. De eerste magmeters werden uitgerust met AC veld exitatie. Dat was al in de jaren 1960. Simpelweg omdat men niks anders had. Gewoon de netspanning op de spoelen zetten. Net als in een transformator. Want elektronica bestond nog uit elektronenbuizen, dus andere golfvormen waren moeilijk.
En dat werkte prima. Met de bekende voordelen van dit principe: volle doorlaat, geen bewegende delen dus storingsongevoelig, onderhoudsongevoelig en lange levensduur en daarmee een total cost of ownership die uitstekend was ten opzichte van wat er toen op de markt was.
Toch was er nog veel ruimte voor verbetering. De signaal/ruis verhouding was slecht. De nauwkeurigheid en de reactietijd op stromingsvariaties konden beter door variaties in de geleidbaarheid van het medium (door het stromingsprofiel bijvoorbeeld).
Illustratie: werkingsprincipe elektromagnetische flowmeter.
Bij magmeters is men altijd op zoek naar:
Illustratie: AC magmeter principe
AC magmeter principe
Bij een AC flowmeter gebruikt men direct de netspanning om het magnetisch veld op te wekken. Voordeel is dat je er een heel erg sterk magnetisch veld krijgt. Maar het nadeel is dat je nuldoorgang niet zo stabiel is, want die varieert mee met alle vervuiling die op de netspanning zit. Ook als je die vervuiling eruit filtert is fase verschuiving een probleem.
Illustratie: Pulsed DC magmeter principe
DC magmeter principe
Die nuldoorgang moet dus stabiel zijn. Als je nou elektronica gebruikt om een golf te maken uit gelijkspanning, dan heb je alles onder controle. Dat noemen fabrikanten "switched DC". Maar zoals je kan zien in de grafiek is een magnetisch veld geen perfecte blokvorm, wat ook weer onnauwkeurigheid veroorzaakt.
Illustratie: Pulsed AC magmeter principe
Pulsed Alternating Current magmeter principe
Fabrikant Mecon heeft er het volgende op bedacht. Door de nuldoorgang te verlengen is de nulstabiliteit enorm. En door de AC golfvorm te gebruiken is de golf symmetrisch en de puls heel sterk. Wat een heel goede signaal/ruis verhouding geeft.
Het gebruik van een referentie spoel
En nu komen we op een interessant deel. Zoals we bij de DC meter al zagen is het opgewekte elektromagnetische veld niet exact van dezelfde vorm als de spanning die je erop zet. Dat heeft te maken met de elektrische eigenschappen van spoelen, maar daar gaan we even niet verder op in. Feit is dus dat je niet helemaal zeker weet welk magnetisch veld je hebt opgewekt. En je weet dus ook niet precies wat je als meetspanning kan verwachten bij een constante flow. Fabrikant Mecon heeft er wat op bedacht: door extra spoelen in te bouwen meten ze het opgewekte magnetische veld. Daarmee kan het meetsignaal op de elektroden gecorrigeerd worden voor afwijkingen erin. Het is een hele mooie oplossing voor ruis die veroorzaakt wordt door vaste delen in de vloeistof. Dus met name bij bagger en zandwinning applicaties ga je hier voordeel van hebben.
Illustratie: de referentiespoel die Mecon heeft bedacht.
Foto: PU lining van 34mm dik in een DN600 elektromagnetische flowmeter.
De lining van magmeters
Het geleidende medium moet elektrisch gescheiden zijn van de buis. Er zou geen veldverstoring veroorzaakt worden door de flow. En dan meet je niks.
Die verplichte lining kan je als een nadeel zien, maar heeft zich ook bewezen als een enorm voordeel: de magmeter is als geen ander in staat om slurries goed te meten. Slurries en met name bagger laat alle componenten enorm slijten. In dat geval ben je al blij met een volle doorlaat flowmeter, maar als de lining dan ook nog eens van keramiek is heb je een winnend team.
Andere typische lining-applicatie combinaties die je vaak ziet:
Weinig chemisch resistent
Kan slecht omgaan met vaste deeltjes
Is gecertificeerd voor drinkwater.
Voedingsmiddelen, bier en dranken.
Keramiek in polyurethaan
HardOx
Tegeltjes
Slurries.
Bagger en zandwinning.
De bruikbaarheid van elektromagnetische flowmeters
Doordat de stalen buitenmantel van de buis niet aangetast wordt, kan dit type flowmeter gemaakt worden voor elke druk. Tot wel 1000 bar. Of meer. Als je het weet te bereiken met je sytsteem.
De temperatuur wordt beperkt door het type lining. Je zou daar van alles voor kunnen verzinnen, maar in de praktijk gaan ze tot zo'n 180 graden Celcius.
Downloads Elektromagnetische debietmeters
WE MAKE YOUR TECHNOLOGY WORK
NL - Tel. +31 70 413 07 50
USA - Tel. +(1) 973 383 0691
CN - Tel. +86 (10) 56865822/56865835
TW - Tel. +886-(0)3-5600560