SILVER AUTOMATION INSTRUMENTS LTD.
PRODUCT_CATEGORY

โดยสื่อ
เครื่องวัดการไหล
เครื่องส่งสัญญาณความดัน
เครื่องวัดระดับ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?


สารบัญ

พัฒนาการทางประวัติศาสตร์ของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

 Electromagnetic Flow Meters

ฟาราเดย์ค้นพบความเป็นไปได้ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็กสำหรับของไหลที่กำลังเคลื่อนที่ในปี ค.ศ. 1832 แต่วิลเลียมส์กลับรายงานส่วนประกอบแรกที่คล้ายกับ เครื่องวัดอัตราการไหล ในปี ค.ศ. 1930 พัฒนาการที่แท้จริงในยุคแรกของ เครื่องวัดอัตราการไหลด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า มาจากวงการแพทย์ และแนวคิดหลายอย่างที่โคลิน (ค.ศ. 1936, 1941) เสนอขึ้นได้กลายเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานในปัจจุบัน ในปี ค.ศ. 1941 เธอร์เลอมันน์ได้ให้หลักฐานทั่วไปเป็นครั้งแรก ซึ่งต่อมาในบทนี้ (ดู เธอร์เลอมันน์, 1955 และ เชอร์คลิฟฟ์, 1962 สำหรับรากฐานเพิ่มเติม)
- ในช่วงทศวรรษ 1950 การพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในอุตสาหกรรมมีประเด็นต่อไปนี้:
- ในปีพ.ศ. 2496 ในประเทศเนเธอร์แลนด์ เครื่องวัดอัตราการไหล Tobiflux (Tobi, 1953) ถูกนำมาใช้ในการวัดเส้นใยสังเคราะห์ที่มีกาว ทราย น้ำ และ สารละลายกรด
- Foxboro ได้รับสิทธิบัตรในปีพ.ศ. 2495
- เครื่องดนตรีเชิงพาณิชย์ชิ้นแรกปรากฏขึ้นในปีพ.ศ. 2497 (Balls and Brown, 2502)
- การประยุกต์ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์;
- งานที่เกี่ยวข้องซึ่งนำไปสู่การตีพิมพ์หนังสือสำคัญโดย JA Shercliff (1962)

หลักการของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

Principle of electromagnetic flow meter

เราเริ่มต้นด้วยการเหนี่ยวนำอย่างง่ายของตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ดังแสดงในรูปที่ 1 ลวดทองแดงที่ตัดแม่เหล็กถาวรจะก่อให้เกิดเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ลวดทองแดงเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V ในทิศทางตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กและความยาวของลวดทองแดง จึงก่อให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขนาด BlV ที่ปลายทั้งสองข้างของลวดทองแดง โดยที่ l คือความยาวของลวดทองแดง และ B คือความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

a wire moves in a magnetic field
รูปที่ 1: เมื่อลวดเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดความต่างศักย์ที่ปลายทั้งสองข้าง

รูปที่ 2 แสดงคุณสมบัติพื้นฐานของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า ของไหลจะไหลผ่านท่อที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม ซึ่งโดยปกติจะมีสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในแนวตั้งจากกระแสไฟฟ้าสลับที่ไหลผ่านท่อ เพื่อให้แน่ใจว่าสนามแม่เหล็กสามารถไหลผ่านท่อได้ ตัวท่อจะต้องทำจากวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก จากรูป เราสามารถจินตนาการได้ว่าเส้นลวดของของเหลวที่ทอดข้ามอิเล็กโทรดทั้งสองของท่อนั้นเปรียบเสมือนลวดทองแดงที่ตัดสายเหนี่ยวนำแม่เหล็กด้วยความเร็วที่ต่างกัน จึงทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองด้าน เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ท่อจึงบุด้วยวัสดุฉนวน แรงดันไฟฟ้าในของเหลวจะถูกวัดผ่านอิเล็กโทรดที่ติดตั้งบนผนังท่อ

a wire moves in a magnetic field
รูปที่ 2: เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าแบบง่าย
Three wires move at different speeds in a magnetic field
รูปที่ 3: สายไฟสามเส้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกันในสนามแม่เหล็กที่มีการกระจายเชิงพื้นที่ไม่สม่ำเสมอ

ดังแสดงในรูปที่ 3 โดยสมมติว่ามีเส้นลวดมากกว่าหนึ่งเส้นเคลื่อนที่ภายในสนามแม่เหล็ก เส้นลวด P เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V ในบริเวณสนามแม่เหล็กแรงสูง B เส้นลวด Q เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V/2 ในบริเวณเดียวกัน และเส้นลวด R เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V ในบริเวณสนามแม่เหล็กแรงต่ำ B/4 ความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่แต่ละเส้นสร้างขึ้นนั้นแตกต่างกัน:

P: ΔU p =BIV
ถาม: ΔU q =BIV/2
R: Δ U R = BIV/4

หากเชื่อมต่อสายไฟเหล่านี้เข้าด้วยกัน จะเกิดกระแสไฟฟ้า แต่เนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้า Δ จะลดลงเนื่องจากการสูญเสียแบบโอห์มิก เมื่อนำการอภิปรายเดียวกันนี้กลับไปที่รูปที่ 2 เราจะได้แผนภาพศักย์ไฟฟ้าที่ซับซ้อนและกระแสแบบวนรอบ แม้จะมีความซับซ้อนนี้ แต่สมการการประยุกต์ใช้จริงของเครื่องวัดอัตราการไหลยังคงง่ายมากในหลายสถานการณ์ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำระหว่างอิเล็กโทรดคือ:

ΔU EE = BDV m

โดย B คือความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หน่วย T; D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่ง หน่วย m; V m
คือความเร็วการไหลเฉลี่ยในท่อ หน่วยเป็นเมตรต่อวินาที สมการพื้นฐานของมาตรวัดอัตราการไหลนี้ใช้ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้:
·สนามแม่เหล็กมีความสม่ำเสมอ
·การกระจายความเร็วของของไหลมีแกนสมมาตร
ในการออกแบบสมัยใหม่นั้น เป็นการยากที่จะบรรลุเงื่อนไขข้างต้น ดังนั้น การออกแบบจึงได้รับการพัฒนาเพื่อลดผลกระทบของการกระจายความเร็วของไหลต่อสัญญาณเอาต์พุตให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยอยู่ห่างจากสนามแม่เหล็กแรงสูงสม่ำเสมอ

การหดตัวของเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปที่ 4 แสดงส่วนประกอบหลักของมาตรวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าอิเล็กโทรดจุดอุตสาหกรรม มาตรวัดอัตราการไหลอุตสาหกรรมประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ หน่วยเซ็นเซอร์ (ส่วนประกอบหลัก) และหน่วยตัวแปลง (ส่วนประกอบรอง)
Main components of industrial electromagnetic flowmeter
รูปที่ 4: ส่วนประกอบหลักของเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าอุตสาหกรรม

ส่วนตรวจจับประกอบด้วยท่อวัดที่หุ้มฉนวน ข้อต่อหน้าแปลน ขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็ก และอิเล็กโทรด นอกจากนี้ มักมีอุปกรณ์สำหรับสร้างสัญญาณอ้างอิงที่เป็นสัดส่วนกับสนามแม่เหล็ก สำหรับระบบจ่ายไฟกระแสสลับ มักใช้หม้อแปลงกระแสหรือขดลวดตรวจจับ สำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรง มักจะวัดกระแสเหนี่ยวนำคงที่

ส่วนการแปลงมักเรียกกันว่าตัวแปลง ซึ่งทำหน้าที่ดังนี้:
1. ขยายและประมวลผลสัญญาณของไหล
2. กำจัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่หลงเหลือ
3. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวแปลงไม่ไวต่อความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
4. เป็นไปตามระดับความปลอดภัย;
5. สื่อสารกับคอมพิวเตอร์ควบคุมของผู้ใช้อย่างมีประสิทธิภาพ

หน่วยเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้า (ส่วนประกอบหลัก)

Electromagnetic flow meter sensor part
ชิ้นส่วนเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อให้แน่ใจว่าสนามแม่เหล็กผ่านได้ ท่อวัด (ดูรูปที่ 5) มักจะไม่เป็นแม่เหล็ก เส้นผ่านศูนย์กลางอาจอยู่ระหว่าง 2-3,000 มม. โดยทั่วไปจะใช้ขนาด 2 นิ้ว, 3 นิ้ว , 4 นิ้ว, 8 นิ้ว และอื่นๆ ช่วงการไหลที่สามารถผ่านได้อาจอยู่ระหว่าง 0-28500 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง หรือสูงกว่า พื้นผิวด้านในของท่อมีฉนวนหุ้มเพื่อป้องกันสัญญาณลัดวงจร อิเล็กโทรดถูกติดตั้งไว้ที่ปลายทั้งสองด้านของเส้นผ่านศูนย์กลาง และการเชื่อมต่อจะตั้งฉากกับสายเหนี่ยวนำแม่เหล็ก อิเล็กโทรดมักจะมีขนาดเล็กมาก (มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-20 มม.) และบางครั้งเรียกว่าอิเล็กโทรดจุดหรืออิเล็กโทรดปุ่ม ในบางแบบอาจมีอิเล็กโทรดขนาดใหญ่ซึ่งอาจมีส่วนโค้ง 90 องศาและมีความยาวใกล้เคียงกับเส้นผ่านศูนย์กลาง

ตารางที่ 1 แสดงวัสดุฉนวนทั่วไปบางชนิด ซึ่งมักขึ้นรูปรอบส่วนท่อและประกอบเข้ากับข้อต่อหน้าแปลน ความเร็วการไหลที่มากเกินไป (มากกว่า 4 เมตร/วินาที) อาจทำให้เกิดการสึกหรอ และสามารถใช้วัสดุบุผิวเพื่อป้องกันได้ (Ginesi และ Annarummo, 1994) ในอดีต วงแหวนกราวด์ถูกใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับอิเล็กโทรดวัดในท่อที่มีบุผิวหรือท่อที่ไม่นำไฟฟ้า ในการออกแบบบางแบบ แผงวงจรอ้างอิงหรืออิเล็กโทรดอาจไม่ได้ต่อลงดิน เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านของไหล กระแสไฟฟ้าจะไหลลงดินผ่านสายดินและทำให้เกิดความเสียหายต่อกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้ ศักย์ไฟฟ้าของเครื่องมือสามารถทำให้ลอยตัวได้ และความปลอดภัยของเครื่องมือสามารถมั่นใจได้ผ่านตัวแปลงสัญญาณแยก
Magnetic flow meter Test Tube
รูปที่ 5: หลอดทดลองเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็ก

Table 1 Lining Materials and Their Temperature Limits (to be verified with the manufacturer)
Material Application Temperature limit/℃
Natural rubber Prevent wear and chemical substances. -20~70
Chloroprene rubber Under oil and grease conditions, it can effectively prevent wear and chemical corrosion. 0~100
Teflon Hard rubber Prevent adhesion and chemical corrosion. 0~90
Fluorocarbon Polyurethane Artificial rubber Slurry
Polyurethane Prevent wear and impact. -50~70
Polytetrafluoroethylene (PTFE) Wear resistant, chemical resistant,suitable for food. -50~200
Ceramic 99.9% alumina (Al₂O₃) and ceramic metal (Pt-Al₂O₃) electrodes,sintered together


วัสดุอิเล็กโทรดและการออกแบบในเครื่องวัด Mag สำหรับการวัดของเหลว

การออกแบบเครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวแม่เหล็ก

โดยทั่วไปแล้วอิเล็กโทรดจะสอดผ่านวัสดุบุผิวด้านในของท่อและสัมผัสกับของเหลว อิเล็กโทรดมักจะเป็นสลักเกลียวหัวบอลที่สอดผ่านวัสดุบุผิวด้านในและเชื่อมต่อกับสลักเกลียวด้วยสายไฟฟ้า เนื่องจากอิเล็กโทรดสัมผัสกับของเหลว จึงต้องเลือกวัสดุอิเล็กโทรดอย่างระมัดระวัง วัสดุที่ใช้ ได้แก่ สเตนเลสสตีลชนิดไม่ดูดแม่เหล็ก (ของเหลวกัดกร่อน) โลหะผสมแพลทินัมอิริเดียม โมเนล แทนทาลัม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม (สำหรับของเหลวกัดกร่อน) และฮาสเตลลอย-ซี นอกจากนี้ยังแนะนำให้ใช้สเตนเลสสตีลในการวัดโคลน รวมถึงการใช้วัสดุบุผิวเซรามิกและอิเล็กโทรดร่วมกัน

อิเล็กโทรดสำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กในอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษ

ในการใช้งานเยื่อกระดาษและการใช้งานอื่นๆ กระดาษหรือวัสดุอื่นๆ อาจชนกับอิเล็กโทรดและก่อให้เกิดเสียงรบกวนได้ ผู้ผลิตรายหนึ่งระบุว่าการเคลือบอิเล็กโทรดด้วยเซรามิกที่มีรูพรุนอาจช่วยลดผลกระทบนี้ได้ จึงจำเป็นต้องใช้ เครื่องวัดอัตราการไหลของสารละลาย

เนื่องจากอิเล็กโทรดสัมผัสกับของเหลว จึงมีการใช้วิธีการต่างๆ ในการทำความสะอาดอิเล็กโทรด ซึ่งรวมถึง:
• การเช็ด (สามารถใช้ที่ขูดหรือแปรงผ่านตรงกลางอิเล็กโทรดเพื่อเช็ดพื้นผิวได้) (Rose and Vass, 1995)
• การละลาย (การตัดการเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ และการกำจัดคราบตกค้างบนพื้นผิวอิเล็กโทรดด้วยกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอ)
• การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (ใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อสั่นสะเทือนอิเล็กโทรดและทำให้เกิดโพรงอากาศในบริเวณนั้นเพื่อให้บรรลุจุดประสงค์ในการทำความสะอาด)
• อิเล็กโทรดเคลื่อนที่
• ขั้วไฟฟ้าคล้ายกระสุน

วิธีการเลือกอิเล็กโทรดที่สะอาดต้องพิจารณาจากคุณสมบัติของตะกอน ในหลายกรณี อิเล็กโทรดมีแนวโน้มที่จะทำความสะอาดตัวเองได้ กล่าวคือ เมื่อของเหลวไหลผ่านอิเล็กโทรด ตะกอนจะถูกจำกัด และค่าการนำไฟฟ้าของสารเคลือบบนพื้นผิวด้านในของเครื่องมืออาจต่ำกว่าของเหลวส่วนใหญ่ ในระบบ DC สมัยใหม่ อิมพีแดนซ์อินพุตอาจสูงพอที่จะมองข้ามอิทธิพลของตะกอนได้ อย่างไรก็ตาม อิมพีแดนซ์ที่สูงอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนความร้อนในสัญญาณอิเล็กโทรด ดังนั้น แม้ว่าอิมพีแดนซ์ที่สูงจะไม่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดเชิงระบบ แต่ความสามารถในการทำซ้ำของเครื่องมือจะลดลง

โดยทั่วไปสนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นโดยชุดขดลวดและแอกแม่เหล็กที่ซ้อนกัน โดยทั่วไปแล้วการใช้พลังงานจะอยู่ที่ 10-100 วัตต์ แต่ปัจจุบันสามารถลดการใช้พลังงานลงเหลือเพียง 0.5 วัตต์ เนื่องจากมีการใช้แบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน การใช้พลังงานต่ำสุดจึงอาจต่ำกว่า 0.5 วัตต์ได้มาก

ผลจากการใช้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ทำให้เกิดสัญญาณเหนี่ยวนำร่วมเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในวงโคจร ซึ่งเกิดจากการรวมกันของสายอิเล็กโทรดและของไหล รูปที่ 7 แสดงสายที่กำหนดค่าไม่ถูกต้องและบริเวณที่เกิดขึ้นซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก พื้นที่นี้ไม่จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่มากเพื่อสร้างสัญญาณที่เทียบเคียงได้กับสัญญาณจราจร สัญญาณของสายนี้ตั้งฉาก (โดยมีความต่างเฟส 90° จากสัญญาณการไหล) โดยมีแรงดันไฟฟ้าตั้งฉากประมาณ ~2πfBA

ในจำนวนนี้ f คือความถี่ B คือความเข้มเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และ A คือพื้นที่ของวงลูปแอคชันที่ฉายไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น หาก f คือ 50 เฮิรตซ์, B คือ 0.02 T และ A คือ 1 ตารางเซนติเมตร แรงดันไฟฟ้าตั้งฉากจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 มิลลิโวลต์ อย่างไรก็ตาม สัญญาณที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 5 เมตร/วินาทีในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1 เมตร จะมีค่า 10 มิลลิโวลต์ มุมเฟสของแรงดันไฟฟ้าตั้งฉากจะเบี่ยงเบนไป 90 องศา และถูกนำไปใช้เป็นการสูญเสียเหล็กในวงจรแม่เหล็ก ซึ่งไม่สามารถลดลงได้ด้วยการออกแบบเชิงกลหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ การใช้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้ากระแสตรงสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยการวัดสัญญาณการไหลโดยตรงเมื่อสนามแม่เหล็กคงที่ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอื่นๆ ที่จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อเอาชนะความเหนี่ยวนำของขดลวดอย่างรวดเร็วและสร้างสนามแม่เหล็ก จากนั้นจึงรักษาเสถียรภาพสำหรับการวัดการไหล

การติดตั้งส่วนประกอบต้องไม่ทำให้ท่อมีแรงดันเกิน และต้องแน่ใจว่าท่อมีของเหลวบรรจุอยู่เต็ม โดยปกติแล้ว เมื่อติดตั้งส่วนท่อวัด ควรต่ออิเล็กโทรดในแนวระนาบ เพื่อป้องกันการลัดวงจรของอิเล็กโทรดเมื่อมีฟองอากาศขึ้นที่ส่วนบนของท่อ

ท่อวัดส่วนใหญ่ทำจากสแตนเลส ซึ่งช่วยให้สนามแม่เหล็กผ่านได้ แรงดันสูงสุดที่เซ็นเซอร์ทนได้คือ 1,000 บาร์

การออกแบบควรมีตัวเลือกสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและอันตรายด้วย

Magnetic field coil and yoke

รูปที่ 6: ขดลวดและแอกสนามแม่เหล็ก

Relationship between magnetic field and signal leads
รูปที่ 7: ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและสายสัญญาณ

เครื่องส่งสัญญาณของเครื่องวัดอัตราการไหลแมงกานีส (ส่วนประกอบรอง)

Transmitters of electromagnetic flow meters
เครื่องส่งสัญญาณของเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้า

ปัจจุบัน เครื่องส่งสัญญาณการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าหลายประเภทสามารถทำหน้าที่ที่จำเป็นได้เช่นเดียวกับ เครื่องวัดการไหลแบบดิจิทัล การสื่อสารที่ใช้งานได้ยาวนานที่สุดคือ 50 เฮิรตซ์ หรือ 60 เฮิรตซ์ เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟหลักอยู่ที่ 50 เฮิรตซ์ หรือ 60 เฮิรตซ์ และที่ความถี่นี้ สนามแม่เหล็กและสัญญาณการไหลก็มีความแรงสูงเช่นกัน แต่การออกแบบใหม่บางแบบที่ใช้กันทั่วไปใช้คลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำที่มีโหมดการทำงานที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้สัญญาณมุมฉากลดทอนลงก่อนที่จะรับสัญญาณการไหล ประเภทของการกระตุ้นคลื่นสี่เหลี่ยม (การกระตุ้นแบบ DC) ที่กล่าวถึงในที่นี้อาจมีชื่อเรียกที่แตกต่างกันมากมาย ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต (Brobeil et al., 1993) ควรใช้คำว่า 'แบบ DC' ด้วยความระมัดระวัง เนื่องจากเครื่องมือในยุคแรกๆ เคยใช้แบบ DC แต่ไม่ประสบความสำเร็จ ในการออกแบบแบบ DC ความแรงของสนามแม่เหล็กค่อนข้างต่ำ แต่สัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์และผลกระทบทางกลไฟฟ้าในโคลนนั้นเหมือนกับในการออกแบบแบบ AC ดังนั้น เครื่องมือ DC ที่ได้รับการออกแบบล่าสุดจึงมีโมดูลกำลังสูงพิเศษเพื่อแก้ปัญหานี้

Bonfig และคณะ (1975) ได้อธิบายถึงหนึ่งในการออกแบบไฟฟ้ากระแสตรงที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกๆ ซึ่งเรียกว่าสนามไฟฟ้ากระแสตรงหลัก Hafner (1985) ได้อธิบายถึงระบบอีกระบบหนึ่งที่เรียกว่าไฟฟ้ากระแสตรงแบบสวิตช์ ซึ่งมีฟังก์ชันต่างๆ เช่น การลดสัญญาณรบกวน (การป้องกันแบบแอคทีฟและพาสซีฟ), กิจกรรมทางเคมีไฟฟ้า, การปรับค่าศูนย์ของแอมพลิฟายเออร์เป็นระยะ, การสุ่มตัวอย่างสัญญาณหลายสัญญาณ, ความถี่ในการรับข้อมูลที่สูงขึ้น (สูงสุด 123 เฮิรตซ์), การกรองแบบดิจิทัล และการใช้วงจรวิเคราะห์สัญญาณรบกวนการไหล การใช้พลังงานต่ำในการออกแบบ (ลดลงเหลือ 1.5 วัตต์ พร้อมขนาดและน้ำหนักที่ลดลง) สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยโดยธรรมชาติและการขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ การควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ยังมีฟังก์ชันการตรวจจับตัวเอง การชดเชยอุณหภูมิ เครื่องมือหลักและเครื่องมือรองที่สามารถเปลี่ยนแทนกันได้ และฟังก์ชันแบบอินเทอร์แอคทีฟ นอกจากนี้ อิเล็กโทรดยังมีฟังก์ชันการต่อลงดินและการตรวจสอบท่ออากาศ Herzog และคณะ (1993) ได้ศึกษาการออกแบบไฟฟ้ากระแสตรงแบบสวิตช์ที่มีจุดอ้างอิงอิเล็กทรอนิกส์ในรอบเดียว และอภิปรายการใช้อิเล็กโทรดที่สามในท่อที่เต็มบางส่วน

AC SystemConversion Circuit Diagram
รูปที่ 8: แผนผังวงจรแปลงระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

สัญญาณเอาต์พุตโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0~10mA หรือ 4~20mA สามารถปรับช่วงสัญญาณได้สองถึงสามช่วง เพื่อให้ได้ค่าการอ่านค่าของไหลที่อัตราการไหล 1~10 เมตร/วินาที แต่ปัจจุบันได้ถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ ด้วยระบบอัจฉริยะ/อัจฉริยะที่ปรับช่วงสัญญาณเอาต์พุตโดยอัตโนมัติ จึงมีฟังก์ชันการส่งสัญญาณแบบดิจิทัลและช่วงสัญญาณที่กว้างขึ้น


รูปที่ 8 แสดงแผนภาพบล็อกทั่วไปของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ดีมอดูเลเตอร์จะกำจัดแรงดันไฟฟ้ามุมฉากผ่านสัญญาณอ้างอิง และวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะหาอัตราส่วนของสัญญาณการไหลต่อสัญญาณอ้างอิง

แผนภาพบล็อกในรูปที่ 9 (ก) เป็นวิธีการทั่วไปที่ใช้ในระบบ DC ดังแสดงในรูปที่ 9 (ข) การสุ่มตัวอย่างที่เวลา τn, τn+1 และ τn+2 จะขยายค่าดริฟต์พื้นฐานของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่เกิดจากผลกระทบทางเคมีไฟฟ้าและผลกระทบอื่นๆ ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะใช้จุดสุ่มตัวอย่างสามจุด

อาจมีค่าการดริฟท์เป็นศูนย์ในเครื่องมือบางชนิด แต่โดยทั่วไปจะอ่อน ซึ่งอาจเกิดจากการไม่สามารถระงับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่คาดคิดได้อย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะแรงดันไฟฟ้าแบบตั้งฉาก แม้ว่าจะมีการใช้วิธีการตัดวงจรที่อัตราการไหลต่ำ แต่ระบบ DC อ้างว่าสามารถแก้ปัญหาการดริฟท์เป็นศูนย์ได้ในขณะนี้ แต่การยืนยันนี้เป็นเรื่องยาก โดยทั่วไปแล้วค่าการตัดวงจรต่ำจะถูกจำกัดไว้ที่ 1% ของช่วงขีดจำกัดบน (Ginesi และ Annarummo, 1994) หรืออาจต่ำกว่านั้น

ความไม่แน่นอนโดยรวมของตัวแปลงอยู่ที่ 0.2% สำหรับแรงดันไฟฟ้าหลักในช่วงกว้าง สัญญาณตั้งฉาก ความผันผวนของอุณหภูมิ ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถวัดสัญญาณการไหลระดับไมโครด้วยความแม่นยำต่ำได้อีกด้วย

Schematic diagram of transmitter circuit for DC system
รูปที่ 9: แผนผังวงจรส่งสัญญาณสำหรับระบบ DC
(ก) เส้นทาง; (ข) สัญญาณการวัด

ตัวแปลงมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กเชิงพาณิชย์จะให้บริการ:
- เวลาตอบสนองคำสั่งคือ 0.1 วินาที
- อัตราส่วนช่วง: สูงสุด 1000:1;
- ช่วงการไหล: ช่วง 0.005~113000 m³/ชม.
- ปริมาณกระแสเกินของพัลส์หน่วย: 0.01~10L/พัลส์

คุณลักษณะที่ผู้ผลิตให้มามีดังนี้:
- สายเคเบิลสองเฟสที่มีความปลอดภัยในตัวใช้สำหรับจ่ายไฟฟ้าและส่งสัญญาณของเซ็นเซอร์
- ตระหนักถึงการส่งสัญญาณดิจิตอลโดยการปรับสัญญาณอนาล็อกผ่านการสื่อสาร
- การป้องกันระหว่างส่วนประกอบ การป้องกัน IP65 สำหรับตัวแปลง
- ความถี่คู่ (ดูรูปที่ 10) มีประโยชน์สำหรับทั้งความถี่สูงและต่ำ: การประมวลผลสัญญาณแยกกันก่อนการรวมความถี่จะส่งผลให้เสถียรภาพการไหลต่ำและสัญญาณรบกวนต่ำ

Schematic diagram of dual frequency working circuit
รูปที่ 10: แผนผังวงจรทำงานความถี่คู่
(อ้างอิงได้รับอนุญาตจาก Yokogawa Europe BV)

- ส่งสัญญาณโดยไม่มีการรบกวน
- ตรวจสอบตนเองหรือเพิ่มข้อมูลการตรวจจับ;
- เครื่องตรวจจับการจราจรทางอากาศ ซึ่งใช้ขั้วไฟฟ้าเพื่อตรวจจับสถานะการจราจรทางอากาศและส่งเสียงเตือน (Ginesi และ Annarummo, 1994)
- ขั้วไฟฟ้ากราวด์;
- การตรวจจับการปนเปื้อนของอิเล็กโทรดหลัก
- วัดของเหลวสองทิศทางโดยใช้วงจรที่เหมาะสม
- ปรับระยะอัตโนมัติ.

วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (ASIC) สามารถให้ฟังก์ชันต่างๆ เช่น ระบบตรวจสอบอัตโนมัติเพื่อตรวจจับการไหลย้อนกลับของของเหลวและความผิดพลาดอื่นๆ สัญญาณเตือน ช่วงคู่ และการสื่อสารอินเทอร์เฟซบางอย่าง (Vass, 1996)

การสอบเทียบและการใช้งานเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็ก

SHD series Electromagnetic flow meter calibration workshop
การประชุมเชิงปฏิบัติการการสอบเทียบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าซีรีส์ SHD

เนื่องจากเครื่องมือต่างๆ ในกระบวนการผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลมีความแตกต่างกัน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องได้รับการสอบเทียบ ซึ่งโดยปกติแล้วผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลจะเป็นผู้ดำเนินการสอบเทียบ ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กจะจัดหาเครื่องมือมาตรฐานที่มีจุดสอบเทียบ 13 จุด ซึ่งมักเรียกว่าการสอบเทียบแบบเปียก การสอบเทียบแบบแห้งหมายถึงการสอบเทียบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการวัดสนามแม่เหล็กเพื่อรับสัญญาณของไหล ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดจุดหนึ่งและช่วงทั้งหมดของเครื่องมือนั้นไม่ตรงไปตรงมาเหมือนสมการ (12.2) ซึ่งหมายความว่าการสอบเทียบแบบแห้งใดๆ ในปัจจุบันควรได้รับการปฏิบัติด้วยความระมัดระวัง

การทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ควรได้รับผลกระทบจากค่าการนำไฟฟ้าของของไหล ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของของไหลจึงควรเท่ากันทั่วทั้งพื้นที่ของเครื่องวัดอัตราการไหล สมมติว่าค่าการนำไฟฟ้ามีค่ามากพอที่จะทำให้ค่าอิมพีแดนซ์ขาออกของส่วนประกอบหลักมีค่าน้อยกว่าค่าอิมพีแดนซ์ขาเข้าของส่วนประกอบรองอย่างน้อยสองลำดับ นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนจุดศูนย์ในเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ แม้ว่าบางคนเชื่อว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบพัลส์กระแสตรงจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าที่สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด (Ginesi และ Annarummo, 1994) แต่ผู้ผลิตรายหนึ่งยังคงมีความคิดเห็นตรงกันข้าม โดยเชื่อว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสสลับควรใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลแบบสองทิศทาง โคลน ของไหลที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และอัตราการไหลที่ไม่สม่ำเสมอที่มีค่าการนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสตรงจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสตรงจะเหมาะสมกับสถานการณ์ข้างต้นอย่างเท่าเทียมกัน

ค่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของส่วนประกอบสามารถแสดงได้โดยประมาณดังนี้

R≈1/dσ(Ω)

โดยที่ d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดและ σ คือค่าการนำไฟฟ้า
ค่าอิมพีแดนซ์ทั่วไปของเครื่องมือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอิเล็กโทรด 0.01 ม. สามารถหาได้จากสมการ (3) ดังที่แสดงในตารางที่ 2

Table2 Output resistance of instrument measuring tube with electrode diameter of 0.01m

Liquid conductivity Resistance
S/m μS/ cm Ω
The best electrolyte About 10² About 10⁶ 1
Seawater About 4 About 4×10⁴ 25
Tap-water About 10⁻² About 10² 10000
Pure water 4×10⁻⁶ 4×10⁻² 25 000 000

ส่วนประกอบทุติยภูมิทั่วไปที่มีค่าอิมพีแดนซ์อินพุต 20 × 10⁶/Ω สามารถเทียบเท่ากับค่าการนำไฟฟ้าของของเหลวสามชนิดแรกในตารางที่ 2 ได้ แต่ไม่สามารถเทียบเท่ากับชนิดสุดท้ายได้ ผู้ผลิตจะจำกัดค่าการนำไฟฟ้าขั้นต่ำสำหรับเครื่องมือขนาดเฉพาะ ตัวอย่างเช่น สำหรับอิเล็กโทรดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25~100 มม. ค่าการนำไฟฟ้าที่ยอมรับได้คือ 20 μS/cm แต่ผู้ผลิตอย่างน้อยหนึ่งรายสามารถกำหนดค่าการลดค่าการนำไฟฟ้าลงได้ 0.05 μS/cm

เนื่องจากความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและความสม่ำเสมอของการนำไฟฟ้าถูกรบกวน รวมถึงความไม่แน่นอนของวัตถุที่วัด การมีก๊าซในของไหลอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ มาตรวัดอัตราการไหลควรทำงานในสภาวะที่สามารถละเลยปัจจัยเหล่านี้ได้

seawater flow rate by magnetic meter
เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กกำลังวัดอัตราการไหลของน้ำทะเล

เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ที่ไหน?

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าถูกใช้อย่างแพร่หลายในการวัดอัตราการไหลของของเหลว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวนำไฟฟ้าทุกชนิด และมักจะประสบความสำเร็จในการใช้งาน ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมท่านหนึ่งเคยกล่าวไว้ว่า ปัญหาเดียวที่เขาพบคือการวัดน้ำตาลผงที่ตกผลึก และสาเหตุของความล้มเหลวอาจเกิดจากปัญหาของไหลหรือความไม่เข้ากัน หากนำไ
  • เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า2017/04/12ซื้อเครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีคุณภาพจากผู้ผลิตในประเทศจีนในราคาต่ำและเวลาจัดส่งที่รวดเร็ว รับ Mag meter ราคาตอนนี้จาก SILVER AUTOMATION INSTRUMENTSview
  • เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแทรกเครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแทรก2019/06/27เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสอดโพรบเหมาะสำหรับท่อขนาดมากกว่า 8 นิ้ว เป็นโซลูชันที่เหมาะสำหรับการวัดการไหลของของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าขนาดท่อขนาดใหญ่ เช่น น้ำเสีย น้ำแบบพกพา...view
  • SHD ซีรี่ส์คำถามที่พบบ่อยแบตเตอรี่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าเมตรSHD ซีรี่ส์คำถามที่พบบ่อยแบตเตอรี่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าเมตร2018/07/05คำถามที่ 1 เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็ก SHD ซีรีย์แบตเตอรี่สามารถใช้แหล่งจ่ายไฟ 12V หรือ 24V DC ภายนอกได้หรือไม่คำตอบ: ใช่เราสามารถใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าชนิดนี้พร้อมกับแบตเตอรี่และแหล่งจ่ายไฟ 12V ...view
  • เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กสุขาภิบาลเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กสุขาภิบาล2018/11/21เซ็นเซอร์ Magmeter SHD-SE13 เป็นอุปกรณ์วัดอัตราการไหลประเภทสุขาภิบาล สามารถวัดน้ำประปา มะเขือเทศบด ไข่เหลว กากน้ำตาล น้ำผลไม้ น้ำส้มสายชู และอื่นๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร เบียร์ และยาview
  • เครื่องวัดการไหลแม่เหล็กไหลต่ำเครื่องวัดการไหลแม่เหล็กไหลต่ำ2019/07/11เครื่องวัดการไหลแบบไหลต่ำสามารถจัดการการไหลของของเหลวต่ำถึง 0.33 LPM (0.09GPM) ขนาดเซ็นเซอร์การไหลขนาดเล็กที่เราสามารถให้ได้คือ 1/8”, 1/4”, 3/8”, 3/8”, 1/3 ” Micro flow Magnetic flow meter ใช้กันอย่างแพร่หลาย ...view
  • เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กเหลวเครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กเหลว2018/11/21SHD-SE16 Series Slurry Magnetic Flow Meter ใช้สำหรับวัดการไหลในการใช้งานของสารละลายที่มีเสียงรบกวนสูง เซ็นเซอร์การไหลสำหรับกากตะกอน ของเหลวข้น และของแข็งview