Магнитный расходомер: как он работает, применение и руководство по выбору

Магнитный расходомер (также называемый электромагнитным расходомером или магнитным расходомером) измеряет объемный расход, применяяЗакон электромагнитной индукции Фарадеяк проводящей жидкости, движущейся по трубе. Если жидкость является проводящей, труба остается заполненной и установка выполнена правильно, магнитный счетчик обеспечивает надежные измерения без движущихся частей и с очень низким перепадом давления. Если какое-либо из этих условий отсутствует, обычно лучше подходит другая технология.

В этом руководстве описаны принцип работы, области применения, в которых магнитные расходомеры работают лучше всего, ситуации, в которых они не работают, а также детали установки и определения размеров, которые отличают хорошую установку от проблемной.

Что такое магнитный расходомер?

Магнитный расходомер — это устройство измерения объемного расхода, предназначенное для проводящих жидкостей. Он генерирует магнитное поле в канале трубы и измеряет напряжение, возникающее при прохождении проводящей жидкости через это поле. Поскольку чувствительный механизм полностью электрический, на пути потока нет турбин, лопастей или других механических частей, которые изнашивались бы или препятствовали технологическому потоку.

Отсутствие движущихся частей является единственной и наиболее важной причиной, по которой магнитные счетчики так широко используются в водоочистке, очистке сточных вод, дозировании химикатов, переработке шлама и других сферах.Применение электромагнитных расходомеровгде надежность и низкие эксплуатационные расходы имеют большее значение, чем что-либо еще.

Как работает магнитный расходомер?

Принцип действия вытекает непосредственно из закона Фарадея: когда проводящий материал движется через магнитное поле, генерируется напряжение, перпендикулярное как направлению потока, так и полю. В магнитном счетчике катушки, установленные вокруг измерительной трубки, создают магнитное поле. Когда проводящая жидкость протекает через это поле, на диаметре трубы появляется небольшое напряжение. Два электрода, встроенные в стенку трубки, улавливают это напряжение, пропорциональное средней скорости жидкости. Датчик преобразует этот сигнал в объемный расход на основе известной площади поперечного сечения трубки.

Два факта вытекают непосредственно из этого принципа, и их стоит помнить при каждом решении по выбору и установке:

Жидкость должна быть проводящей.Нет проводимости, нет сигнала. Минимальный порог проводимости зависит от производителя и модели, но обычно базовый уровень составляет около 5 мкСм/см. Некоторые современные инструменты могут работать при более низких пороговых значениях, но это всегда следует подтверждать в соответствии с техническими данными конкретного продукта.

Труба должна быть полной.При расчете напряжения-в-скорости предполагается полное поперечное-сечение жидкости. Если труба частично пуста, площадь контакта электрода изменяется, и показания становятся ненадежными или полностью пропадают. КакДокументация по электромагнитным расходомерам АББСогласно инструкции, во время измерения измерительная трубка всегда должна быть полностью заполнена.

Что может измерять магнитный расходомер?

Магнитные счетчики хорошо работают с широким спектром проводящих жидкостей, включая сырую и очищенную воду, сточные и канализационные воды, химические растворы (кислоты, основания, рассолы), суспензии целлюлозы и бумаги, жидкости для пищевых продуктов и напитков (соки, молочные продукты, сиропы), горнодобывающие суспензии и абразивные суспензии, а также фармацевтические технологические жидкости. Они особенно привлекательны в тех случаях, когда жидкость загрязнена, абразивна или химически агрессивна,-условия, которые могут привести к быстрому износутурбинный расходомерили другая механическая конструкция.

Что не может измерить магнитный расходомер

Магнитный счетчик является неподходящей технологией, если технологическая жидкость не-непроводящая. Это исключает углеводороды и нефтепродукты, масла и жиры, большинство спиртов и растворителей, дистиллированную воду, деионизированную воду и сверхчистую воду. Он также полностью исключает газы и пар.-Для принципа измерения требуется жидкость.

Распространенной ошибкой при закупках является предположение, что подходит любая жидкость-на водной основе. Содержание ионов в деионизированной и сверхчистой воде снижено до такой степени, что проводимость становится слишком низкой для того, чтобы большинство магнитометров давали стабильный сигнал. Это ошибка выбора, которая иногда проявляется только после установки прибора. Всегда сверяйте фактическую проводимость жидкости с опубликованным минимумом, а не только с тем, «похожа ли жидкость на воду».

Почему стоит выбрать магнитный расходомер? Ключевые преимущества

В потоке потока нет движущихся частей.

Это преимущество, которое определяет большинство решений о покупке. Никаких рабочих колес, подшипников и поверхностей износа, контактирующих с технологической жидкостью. Вприложение для измерения воды, правильно установленный магнитный счетчик может работать годами при минимальном уходе.

Низкое падение давления.

Поскольку измерительная трубка обычно представляет собой полнопроходную-секцию без препятствий, постоянная потеря давления незначительна. В насосных-системах с интенсивным использованием-крупных муниципальных водопроводных сетей или химических заводах с длинными трубопроводами-это приводит к реальной экономии энергии по сравнению со счетчиками, ограничивающими путь потока.

Устойчивость к грязным и абразивным жидкостям.

Шламы, сточные воды с твердыми частицами и химически агрессивные жидкости находятся в пределах расчетных границ. Правильный материал лейнера (ПТФЭ, резина, керамика) защищает трубку, а электроды являются единственными смачиваемыми компонентами, помимо самого лайнера.

Высокая точность при правильной установке.

Опубликованные характеристики точности различаются в зависимости от производителя и модели. Некоторые высококлассные-инструменты обеспечивают точность ±0,2 % от показания, тогда как стандартные промышленные модели обычно находятся в диапазоне ±0,5 %. Гораздо важнее каталожного номера то, соответствуют ли условия установки этой спецификации-, этот вопрос подробно рассматривается ниже.

Возможность двунаправленного измерения.

Большинство магнитных счетчиков могут измерять поток в любом направлении без внесения изменений в аппаратное обеспечение, что полезно в периодических процессах или системах с периодическим обратным потоком.

Компромиссы и ограничения-

Самым большим ограничением является требование проводимости. Если жидкость недостаточно проводящая, технология просто не работает. Обойти эту проблему невозможно.-Это фундаментальное ограничение принципа измерения.

Второе ограничение заключается в том, что магнитометр измеряет объем, а не массу. Если ваше решение по управлению технологическим процессом или коммерческому учету зависит от массового расхода или плотности жидкости, кориолисовый расходомер обычно является более подходящим выбором. Попытка получить массовый расход с помощью магнитомера путем добавления отдельного измерения плотности увеличивает сложность и неопределенность, которых можно избежать с помощью одного кориолисового прибора.

Третье ограничение, которое часто упускают из виду при проектировании: магнитные счетчики требуют, чтобы труба оставалась полной. В системах гравитационного-питания, частично заполненных горизонтальных участках или линиях, в которых дренаж осуществляется между партиями, стандартный магнитный счетчик не будет работать правильно. Некоторые производители предлагают обнаружение пустой-трубы в качестве диагностической функции, но это скорее сигнализирует о проблеме, чем решает ее. Если вы не можете гарантировать полную заполненность трубы в точке измерения, либо переместите счетчик, либо рассмотрите возможность использования технологии, допускающей частичные-состояния трубы.

Магнитный расходомер против ультразвукового или кориолисового: как принять решение

Выбор между этими тремя технологиями является одним из наиболее распространенных решений по измерению расхода на промышленных предприятиях. У каждого из них есть свои преимущества, и правильный выбор обычно становится очевидным, как только вы ответите на три вопроса: является ли жидкость проводящей? Нужен ли мне объемный или массовый расход? Каковы мои ограничения при установке?

Когда магнитный расходомер подойдет лучше всего

Выберитемагнитный метркогда жидкость является проводящей, вам нужен объемный расход, и вам нужен надежный, не требующий-обслуживания прибор, устойчивый к грязным или агрессивным жидкостям. Это охватывает подавляющее большинство применений в области водоснабжения, сточных вод и химических процессов. Для большинства предприятий, работающих с проводящими жидкостями в трубопроводах размером от DN10 до DN2000, магнитный счетчик является отправной точкой по умолчанию.

Когда ультразвуковой расходомер является лучшей альтернативой

Анультразвуковой расходомерстановится предпочтительным выбором, когда жидкость не-проводит электропроводность, когда труба очень велика и полнопроходной линейный счетчик-непрактичен, или когдазажим-при установкеЭто необходимо, чтобы не врезаться в линию. Ультразвуковые клещи-особенно ценны для проверки, временного измерения или модернизации в ситуациях, когда остановка процесса для установки счетчика невозможна. Для более глубокого сравнения см. наше руководство поультразвуковые и электромагнитные расходомеры.

Когда счетчик Кориолиса стоит вложений

Измерители Кориолиса превосходны, когда вам нужно прямое измерение массового расхода, данные о плотности или высочайший уровень повторяемости и вы готовы за это платить. Они также работают с не-проводящими жидкостями. Компромисс:-более высокая стоимость, больший вес и большая занимаемая площадь,-особенно при больших размерах линий. При коммерческом учете, пакетировании дорогостоящих химикатов или процессах, где имеет значение изменение плотности, Кориолис часто является правильным решением.

Быстрое сравнение

Линейные и вставные магнитные расходомеры

Магнитные расходомеры выпускаются в двух основных конфигурациях, и выбор между ними во многом зависит от размера трубы, бюджета и гибкости установки.

Линейные (полнопроходные) счетчики-

Анлинейный электромагнитный расходомерустанавливается как выделенный участок трубы. Он видит все поперечное-сечение потока и является стандартным выбором для большинства применений до DN600. Поскольку измерение охватывает все отверстие, точность и повторяемость обычно лучше, чем при использовании вставных конструкций. Требования к прямому участку вверх по течению- умеренные-обычно около 5 диаметров трубы вверх по течению и 2–3 диаметра вниз по течению, хотя это зависит от модели и типа помех на входе.

Погружные счетчики

Анвставной магнитометрпомещает чувствительный зонд через кран в стенке трубы. Эта конфигурация наиболее привлекательна для трубопроводов-диаметра (DN600 и выше), где полнопроходной счетчик-был бы чрезвычайно тяжелым, дорогим и сложным в установке. Некоторые конструкции вставок включают в себя-механизмы горячего крана или выдвижные механизмы, которые позволяют устанавливать и снимать систему без отключения линии-, что является значительным преимуществом в водопроводных сетях или других системах, где простои обходятся дорого.

Компромисс- заключается в том, что погружной измеритель измеряет скорость в одной или нескольких точках, а не по всему проходу, поэтому он более чувствителен к возмущениям профиля потока. Требования к прямым участкам-вверх по течению обычно намного длиннее-часто 15–20 диаметров труб и более. Если трубопровод выше по потоку включает колена, клапаны или насосы, расположенные вблизи точки измерения,измеритель врезного типануждается в тщательной оценке.

Как правильно подобрать размер магнитного расходомера

Одна из наиболее распространенных ошибок при покупке магнитометра — это выбор размера только по диаметру трубы. Инженер завода говорит: «У нас есть 6-линия» и заказывает 6-дюймовый счетчик. Во многих случаях размер этого расходомера оказывается слишком большим для фактического расхода, что приводит к низкой скорости жидкости, проходящей через датчик, и снижению точности, особенно в нижней части диапазона расхода.

Правильный подход — начать с данных потока процесса:

Сначала соберите эти данные:нормальный рабочий расход, минимальный ожидаемый расход, максимальный ожидаемый расход, проводимость жидкости (измеренная, не предполагаемая), температура и химический состав жидкости, материал трубы и номинальный размер, а также доступный прямой участок вверх и вниз по потоку.

Затем сопоставьте счетчик с расходом, а не с трубой.Магнитометр работает лучше всего, когда скорость жидкости через датчик обычно составляет от 1 до 5 м/с для большинства чистых жидкостей и 2–4 м/с для абразивных суспензий. Если расчетная скорость при нормальном расходе ниже 0,5 м/с, вероятно, расходомер имеет слишком большие размеры. Если она превышает 7–8 м/с, возникают проблемы с эрозией хвостовика и падением давления. Вполне допустимо-и часто необходимо-установить счетчик на один или два размера меньше линии, используя для перехода концентрические переходники.

Дополнительные рекомендации по выбору правильной конфигурации см. в нашем ресурсе по адресу:ключевые моменты при выборе электромагнитного расходомера.

Рекомендации по установке, которые действительно имеют значение

Принцип измерения магнитометра по своей сути надежен, но небрежная установка может испортить даже самый лучший прибор. На практике большинство жалоб на производительность магнитного счетчика связано с одной из немногих проблем с установкой,-а не с самим счетчиком.

Держите трубу полной-Всегда

Это самое важное правило установки. Счетчик должен быть установлен в такой точке трубопровода, где трубка остается полностью заполненной жидкостью при всех нормальных условиях эксплуатации. Лучшее положение — при вертикальном прохождении с восходящим потоком или при горизонтальном прохождении в нижней точке системы. Избегайте установки в верхней части арки трубы, на выходе самотечной канализации или в любом месте, где линия может оставаться частично пустой между партиями. Если вы не уверены, остается ли труба полной, скорее всего, это не так, и вам необходимо либо переместить счетчик, либо добавить устройство противодавления ниже по потоку.

Защитите профиль потока

Счетчики Mag менее чувствительны к возмущениям потока, чем многие другие технологии, но они не застрахованы. Сильное завихрение, асимметричный поток или турбулентность от клапанов, насосов или фитингов, расположенных выше по потоку, ухудшают точность. Общее правило для линейных счетчиков составляет минимум 5 диаметров прямой, свободной от препятствий трубы на входе и 2–3 диаметра на выходе. Если частично открытый регулирующий клапан или выпуск насоса находятся близко к входу, рассмотрите возможность увеличения прямого участка или установки стабилизатора потока. ПодробныеТребования к прямому участку трубыобратитесь к руководству по установке конкретного счетчика.

Сделайте заземление правильно

Это деталь установки, которая чаще всего игнорируется-и чаще всего является причиной необъяснимых помех или дрейфа сигнала. Наведенное напряжение в магнитметре находится в диапазоне милливольт. Без надлежащего опорного потенциала между жидкостью и электродами электрические помехи от насосов, частотно-регулируемых приводов или другого оборудования установки могут заглушить измерительный сигнал.

Когда счетчик установлен в металлической заземленной системе трубопроводов, сама труба обычно обеспечивает достаточное заземление. Если трубопровод не-проводящий (ПВХ, ПЭВП, стекловолокно, труба с футеровкой), на фланцах счетчика необходимо установить заземляющие кольца или заземляющие электроды, чтобы обеспечить контакт между жидкостью и опорным заземлением счетчика. Пропуск этого шага для пластиковой трубы — один из самых надежных способов гарантировать шумное и нестабильное считывание показаний. Более подробно читайте опочему электромагнитные расходомеры должны быть заземлены.

Избегайте всасывающей стороны насосов

Установка магнитометра на стороне всасывания центробежного насоса может привести к воздействию отрицательного давления на лейнер, что может со временем привести к его расслоению или разрушению. Это также может привести к появлению пузырьков воздуха,-связанных с кавитацией, которые мешают измерению. Предпочтительное расположение — после насоса, после любого обратного клапана, где давление положительное, а расход более стабильный.

Распространенные ошибки выбора и установки-ранжированы по частоте их возникновения

После многих лет практического опыта в сфере водных, химических и промышленных применений, вот ошибки, которые возникают чаще всего (примерно в том порядке, как часто мы их видим):

Выбор размера по диаметру трубы, а не по диапазону расхода.

Это самая распространенная ошибка при закупках. Измеритель слишком большого размера при низкой скорости показывает плохие показания и может не соответствовать опубликованным характеристикам точности.

Установка там, где труба не остается полной.

Частыми нарушениями являются линии гравитационного-питания, дренажные коллекторы и верхние части арок труб. В результате прерывистые показания и ложные сигналы тревоги вызывают больше обращений в службу поддержки, чем любая другая проблема.

Игнорирование заземления не-металлической трубы.

Это создает шум сигнала, имитирующий неисправный счетчик. Этого можно полностью избежать с помощью заземляющих колец, стоимость которых составляет лишь долю стоимости метра.

Выбор технологии для жидкости с низкой-проводимостью.

Иногда команды предполагают, что «это вода, поэтому магнитометр подойдет», не проверяя проводимость. Деионизированная вода, питательная вода для котлов высокой-чистоты и некоторые смеси растворителей-воды могут иметь уровень ниже минимального порога.

Недостаточный прямой участок вверх по течению.

Размещение расходомера сразу после частично открытой дроссельной заслонки, выпускного отверстия насоса или колена назад-к-приводит к искажению профиля потока, которое расходомер не может полностью скорректировать.

ДляДополнительные меры предосторожности при установке электромагнитного расходомера, наше подробное руководство охватывает дополнительные сценарии.

Сценарии применения

Муниципальные сточные воды:Счетчики Mag — технология по умолчанию на очистных сооружениях-для измерения входного расхода, обратного активного ила, сбросного ила и сброса сточных вод. Жидкость является проводящей, часто содержит твердые частицы, и трубы остаются полными под давлением. Аполнопроходной-электромагнитный расходомер водыв этом случае может работать в течение десятилетия или более, не вызывая проблем с отклонением калибровки, при условии, что лейнер и электроды соответствуют химическому составу жидкости.

Линии дозирования химикатов:В линиях малого-диаметра (DN10–DN50), по которым передаются кислоты, основания или химические реагенты, магнитометр с футеровкой из ПТФЭ и электродами из хастеллоя или тантала выдерживает химическое воздействие, обеспечивая при этом точность, необходимую для контроля дозирования. Ключевым моментом здесь является сопоставление смачиваемых материалов с конкретным химическим веществом-этап, который иногда упускается из виду, когда группа по закупкам сосредотачивается только на диапазоне расхода и размере линии.

Водопроводы большого-диаметра:Для DN600 и выше выбор между встроенным и врезным становится экономически выгодным. Полнопроходной-счетчик таких размеров тяжелый, дорогой и для установки требует крана. Погружной измеритель магнитного поля-илизажим-на ультразвуковом счетчике-может дать более практичный ответ, особенно в ситуациях модернизации, когда основной блок нельзя вывести из эксплуатации.

Контрольный список для принятия решения: подходит ли магнитный расходомер для вашего применения?

Прежде чем приступить к использованию магнитометра, ответьте на эти пять вопросов. Если вы можете ответить «да» на все пять вопросов, магнитный расходомер, скорее всего, станет подходящей технологией. Если один или два ответа «нет», возможно, вы все равно сможете заставить это работать, внеся изменения в дизайн. Если три или более отрицательных ответа,-обычно используется другая технология.ультразвуковойили Кориолис-вероятно, подойдет вам лучше.

1. Достаточно ли проводящая жидкость?Сравните фактическое значение проводимости с опубликованным минимумом измерителя. Не полагайтесь на предположения относительно жидкостей на основе воды-.

2. Будет ли труба оставаться полной при всех нормальных условиях эксплуатации?Рассмотрите сценарии запуска, завершения работы, низкой-нагрузки и пакетного-цикла, а не только случай проектирования в устойчивом-состоянии.

3. Вам нужен объемный расход, а не массовый расход или плотность?Если основной целью измерения является массовый расход или плотность, в первую очередь рассмотрите Кориолис.

4. Может ли установка обеспечить достаточное заземление и условия прямой-прокладки?Убедитесь в этом перед заказом, особенно в местах, где нет-металлических труб или-ограниченного пространства.

5. Имеет ли приложение преимущество в виде конструкции, в которой нет-подвижных-деталей и не требуется-обслуживания?В сфере чистых, стабильных, не-абразивных услуг с легким доступом более простые технологии могут оказаться более экономически-эффективными. Преимущества магнитного счетчика наиболее ярко проявляются при работе с жесткими жидкостями.

Для дополнительныхРекомендации по выбору электромагнитных расходомеров, смотрите наше подробное руководство.

Часто задаваемые вопросы

Может ли магнитный расходомер измерять непроводящие жидкости-жидкости?

Нет. Принцип измерения требует, чтобы ионная проводимость в жидкости генерировала обнаруживаемый сигнал. Углеводороды, большинство масел, чистые спирты и высокоочищенная вода не обладают достаточной проводимостью. Для не-проводящих жидкостейультразвуковой расходомерили измеритель Кориолиса, как правило, является подходящей альтернативой.

Требуют ли магнитные расходомеры полной трубы?

Да. Стандартные магнитные счетчики предполагают полностью заполненное поперечное-сечение трубы. Частичное заполнение приводит к потере надлежащего контакта электродов с жидкостью и приводит к ненадежным или отсутствующим показаниям. Если вы не можете обеспечить полную трубу в месте расположения счетчика, либо переместите счетчик в точку системы, где существуют условия полной-трубы, либо рассмотрите тип счетчика, предназначенный для частично заполненных труб.

Насколько точны магнитные расходомеры?

Точность зависит от модели и производителя. Стандартные промышленные счетчики магнитного поля обычно дают ±0,5% показаний или лучше. Модели премиум-класса от крупных производителей могут достигать показаний ±0,2% или меньше. Однако эти характеристики предполагают правильный размер, полную трубу, адекватные условия прямой-прокладки и правильное заземление. Реальная-точность плохо установленного счетчика может быть значительно хуже, чем каталожный номер, независимо от того, насколько хорош прибор.

В чем разница между магнитным расходомером и ультразвуковым расходомером?

Для магнитного расходомера требуется проводящая жидкость, и он устанавливается в линию как часть трубопровода. Ультразвуковой расходомер не требует проводимости и может устанавливаться в виде зажима-на устройстве без врезки в трубу. Счетчики Mag лучше справляются с грязными и абразивными жидкостями. Ультразвуковые счетчики часто предпочтительнее использовать в трубах больших размеров, для непроводящих жидкостей или там, где важна не-инвазивная установка. Смотрите наш полныйсравнение ультразвуковых и электромагнитных расходомеровдля более подробной информации.

В каких случаях расходомер Кориолиса предпочтительнее магнитного расходомера?

Измерители Кориолиса, как правило, являются лучшим выбором, когда вам необходимо прямое измерение массового расхода, одновременное измерение плотности или максимально достижимая точность при коммерческом учете или при обработке партий с высокой-ценой. Они также работают с не-проводящими жидкостями. Компромисс-это более высокая стоимость и больший физический размер, особенно в линиях размером более DN100.

Как выбрать между линейным и врезным магнитным расходомером?

Линейные счетчики являются стандартом для большинства применений до DN600 и обеспечивают более высокую точность и меньшую чувствительность к изменениям профиля потока. Стоит рассмотреть возможность использования врезных счетчиков диаметром выше DN600, где полнопроходной счетчик-непомерно дорог или его сложно установить физически. Если вы выберете вставку, запланируйте значительно больший прямой участок вверх по течению и будьте готовы проверить условия профиля потока. Дополнительную информацию о вариантах вставки см. в нашейСтраница продукта погружного магнитного счетчика.

Заключительный вывод

Магнитный расходомер — один из наиболее надежных и широко распространенных приборов для измерения проводящих жидкостей. В системах с водой, сточными водами, химикатами и шламами эта технология часто используется по умолчанию по уважительной причине: отсутствие движущихся частей, низкие эксплуатационные расходы, высокая точность и устойчивость к сложным технологическим жидкостям.

Но технология выполняет свои обещания только тогда, когда соблюдаются три условия: жидкость является проводящей, труба остается полной и установка выполнена правильно. Самая дорогая ошибка — это не покупка неправильной модели-, а покупка правильной технологии для неправильного приложения или ее установка таким образом, чтобы она не работала.

Начните с технологических данных-проводимости жидкости, фактического диапазона расхода, состояния трубопровода и цели измерения. Эти четыре входа скажут вам, является ли магнитометр правильным ответом или вам следует посмотреть на него.ультразвуковойили вместо этого технология Кориолиса. Если магнитный счетчик подходит, определите его размер, исходя из данных о расходе, а не диаметра трубы, и потратьте время на правильную геометрию заземления и установки.