mjeračimjerači
Seminarski radSeminarski rad ELEKTROMAGNETNIELEKTROMAGNETNI
protokaprotoka
Delić Emir
Katedra za energetiku, procesnu tehniku i okolinsko inženjerstvoPredemet: Energetsko-procesna i okolinska mjerenja
MAŠINSKI FAKULTET SARAJEVO
• Uvod
• Karakteristike EMP
• Opći princip rada
• Način ugradnje i izbor
• Prednosti i nedostaci
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
(Newington Butts, 22. septembar 1791. - Hampton Court 25. august 1867.)
Bio je britanski naučnik (fizičar i hemičar) koji je odgovoran za mnoga otkrića na području elektromagnetizma i elektrohemije.
Michael Faraday
Mjerni postupak elektromagnetnih mjerača protoka počiva upravu na Faradeyevom zakonu indukcije po kojem dolazi do induciranja napona – elektromagnetne sile u provodniku koji se kreće u magnetnom polju.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Faraday je pokušao odrediti brzine protoka rijeke Thames 1831. godine mjerenjem napona induciranog u tekućoj vodi magnetnim poljem zemlje.
Stotinu godian kasnije, švicarski inovator i svećenik, otac Bonaventura Thurleman iskoristio je Faradeyevo učenje i konstruisao prvi elektromagnetni mjerač protoka. Ovaj metod mjerenje se i danas koristi.
• Uvod
• Karakteristike EMP
• Opći princip rada
• Način ugradnje i izbor
• Prednosti i nedostaci
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Elektromagnetni (indukcioni) mjerač protoka (EMP) mjeri brzinu protoka u cijevi i to samo za potpuno ispunjene cijevi.
Sastoji od ne-magnetne cijevi obložene izolacijskim materijalom. Također, čini ga par elektromagnetskih zavojnica koje stvaraju magnetno polje te par elektroda koje prodiru kroz cijev i obloge.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Uslovi za korištenje ovih protokomjera:
• princip rada je primenjiv samo na provodne tečnosti
• specifični električni otpor fluida, mora biti manji od 3,5xl0-4 Ω
• cjevovod po cijelom presjeku mora biti ispunjen tečnošću
• simetričan raspored brzina u cjevovodu
Elektomagnetni mjerači protoka se primjenjuju u mjerenjima brzine protoka gdje je potreban visok kvalitet mjerenja i malo održavanje sistema. Cijena ovih senzora protoka je relativno visoka u odnosu na druge protokomjere a u eksploataciji su od pedestih godina prošlog vijeka.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Mjerna cijev EMP-a
Magnetno polje mora prožimati procesnu tekućinu kroz cijev, i zbog toga mjerna cijev ne bi trebali imati feromagnetnih svojstava.
Mjerne cijevi su izrađene od električki izoliranog materija (keramika ili plastika) a obično ima dužinu tri puta veću od debljine zida cijevi.
Unutrašna stijenka cijevi je u direktnom kontaktu sa radnim medijem, tako da materijal mora imati odgovarajuće otpornosti na koroziju.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Elektrode – primaoci signalaElektrode su u direktnom kontaktu sa procesnom tekućinom. Napon koji se razvija na elektrodama je milivoltni signal. Polarizacija elektroda se izbjegava korištenjem naizmjeničnog magnetnog polja.
Materijal elektroda mora biti adekvatno otporan na koroziju te omogućiti dobar električni kontakt sa procesnom tekućinom (fluidom). Za izradu ovih elektroda naščešće se koriste materijali od nehrđajućeg čelika, CrNi legure, a također i platina, tantal i titan cirkonij.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
EMP sa kapacitivnim primanjem signala
Za fluid sa iznimno niskom električnom provodljivošću ili za one koje imaju tendenciju formiranja izolacijskog sloja na stijenkama cijevi i na taj način prekinu kontakt između procesne tekućine i elektroda dostupni su EMP sa „nekontanim“ kapacitivnim primanjem signala.
Kod ovih protokomjera elektrode su dizjanirane kao kondenzatorske ploče velike površine koje su smještene izvan mjerne cijevi a to nudi nekoliko prednosti kao što je donja granica provodljivosti medija (i do 0.05 μS/cm) te izostanak problema hemijske podudarnosti elektrode i medija.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Elektromagnetne zavojnice
Postavljene su dijametralno na cijev i okomito na ose elektroda, signal dobijaju od konvertora sa konstantnim izvorom struje za generisanje magnetnog polja. Oblik magnetnog polja (prostorni raspored indukcije u mjernoj cijevi) utiče na linearnost i profil protoka. Ove zavojice su smještene i zaštićene u kućištu elektromagnetnog protokomjera.
Uzemljenje
EMP zahtijevaju odlično uzemljenje za najbolju tačnost a često su potrebne i posebne tehnike uzemljenja. Naprimjer, kada je montiran senzor sa plastičnom ili nekom drugom nevodljivom cijevi, odvojeni i uzemljeni prstenovi mogu biti neophodni da se osigura električna veza sa tekućinom. Ovi prstenovi se stavljaju na obje strane protokomjera tokom instalacije.
• Uvod
• Karakteristike EMP
• Opći princip rada
• Način ugradnje i izbor
• Prednosti i nedostaci
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Indukcioni senzor protoka je elektromagnetni senzor, koji radi na principu Faradejevog zakona. Relativnim kretanjem provodnika i magnetnog polja (u našem slučaju pod pravim uglom) u provodniku se indukuje napon-elektromotorna sila (EMS).
Sljedeći izraz prikazuje proporcionalnost napona i protoka:
EMS = k • B • D • vgdje su :k – konstanta proporcionalnosti B – jačina magnetnog poljaV - srednja brzina fluidaD - prečnik cijevi
Mašinski fakultet Sarajevo
Opći princp rada EMP
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Princip radaPrincip rada
Važi za:
Laminarno
Turbulentno kretanje tečnosti
Mašinski fakultet Sarajevo
Pomoću indukcionih mjerača protoka diretktno se mjeri brzina strujanja tečnosti, tj. zapreminski protok.
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Signal induciranog napona se uzima sa dvije elektrode koje su u kontaktu sa fluidom. i dalje prenose konvertoru signala za standardiziranje, tj. prilagođavanje izlaznog signala. Taj signal se obično pretvara u standardnu struju (4-20 mA) ili u izlaznu frekvenciju (0-10 000 Hz) .
Signal induciranog napona se uzima sa dvije elektrode koje su u kontaktu sa fluidom. i dalje prenose konvertoru signala za standardiziranje, tj. prilagođavanje izlaznog signala. Taj signal se obično pretvara u standardnu struju (4-20 mA) ili u izlaznu frekvenciju (0-10 000 Hz) .
Tačnost mjerenja je između 0,25 i 1,5% od mjerenog protoka.
Princip radaPrincip rada
Uticaj provodljivosti mUticaj provodljivosti mjjerenog medijaerenog medija
Tečnosti koje se ponašaju kao provodnici: voda, razni vodeni rastvori, kiseline, živa itd.
Ne može se primjeniti u slučaju dielektrika: nafte, benzina, ulja...
Ue e
Rm
R
PretvaračPretvarač
SenzorSenzor
cUe
RRm
,1014R,200 KRm
=5mS/cm PrimjerPrimjer
<<
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
R - ekvivalentni otpor mjernog pretvarača
Rm - otpornost mjerenog medijaUe – napon na pretvaraču
Slika: Električni model elektromagnetnog mjerenja protoka
• Uvod
• Karakteristike EMP
• Opći princip rada
• Način ugradnje i izbor EMP
• Prednosti i nedostaci
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
Pri montaži indukcionih protokomjera, postoje izvjesna ograničenja i preporuke na položaj mjerača u cjevovodu. Tako na primer za indukcioni senzor Danfos MAGflow, preporuka je da mjerač bude barem 5Di (unutrašnjih poluprečnika
senzora) iza, odnosno 3Di ispred pumpe
i/ili ventila.
Min 5Di Min 3Di
Da bi se izbjeglo postojanje vazdušnih čepova, pri horizontalnoj montaži senzor treba da bude nisko u cjevovodu.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
Senzor mora uvijek biti pun tečnosti
Izbjegavati Instalaciju u najvišoj tački cjevovoda Vertikalnu instalaciju, pri slobodnom oticanju
vode
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
TTipiipiččne greškene greške koje se javljaju pri instalaciji protokom koje se javljaju pri instalaciji protokomjjeraera
Za eksperimentalna mjerenja korišten je Danfos MAGflow, MAG 3000/3100, sa sljedećim parametrima:DN 150, Qmax = 700 m3/h, v=10 m/s
ProtokomProtokomjjer neposredno iza er neposredno iza zasunskogzasunskog ventila ventila
Prihvatljiva dodatna greška merenja ako je ventil 100% otvoren
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
ProtokomProtokomjjer neposredno iza er neposredno iza zasunskogzasunskog ventila ventila
Protok [m3/h]
Otvorenost ventila [%] Referenta greška [%]
50% 25% 10%
greška
250 6.1 -18 -0.04
188 6.3 -0.11
125 6.5 -0.14
63 6.6 -0.16
38
100%
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5
-0.8 6.9 -0.18
100%
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5
-0.8
NIJE PRIHVATLJIVO.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
ProtokomProtokomjjer za er za 44DDii (unutrašnja pre (unutrašnja preččnika) iza nika) iza zasunskogzasunskog ventila ventila
Protok [m3/h]
Otvorenost ventila [%]Referenta
greška [%]
greška
250 -0.04
188 -0.11
125 -0.14
63 -0.16
38
100% 50% 25% 10%
-0.3 0.6 -0.1
-0.1 0.7 -0.6
-0.5 0.7 -0.6 0.6
-0.4 0.7 -0.5 0.6
-0.3 0.9 -0.04 0.8 -0.18
100% 50% 25% 10%
-0.3 0.6 -0.1
-0.1 0.7 -0.6
-0.5 0.7 -0.6 0.6
-0.4 0.7 -0.5 0.6
-0.3 0.9 -0.04 0.8
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
ProtokomProtokomjjer neposredno er neposredno ispredispred zasunskogzasunskog ventila ventila
Protok [m3/h]
Otvorenost ventila [%] Referenta greška [%]
greška
250 -0.04
188 -0.11
125 -0.14
63 -0.16
38
100% 50% 25% 10%
-0.3 -0.3 -0.3
-0.3 -0.3 -0.3
-0.3 -0.4 -0.3 -0.4
-0.4 -0.4 -0.4 -0.4
-0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -0.18
100% 50% 25% 10%
-0.3 -0.3 -0.3
-0.3 -0.3 -0.3
-0.3 -0.4 -0.3 -0.4
-0.4 -0.4 -0.4 -0.4
-0.3 -0.4 -0.5 -0.5
Uticaj v
entila ili
bilo
kakvog drugog
uređaja je zn
atno
manji ako se
nalazi
iza m
jerača
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
Protokomer neposredno iza leptir ventilaProtokomer neposredno iza leptir ventila
Protok [m3/h]
Otvorenost ventila [%] Referenta greška
[%]100% 50% 25% 10%
greška
250 3.2 20 -0.04
188 3.4 20 -0.11
125 3.4 20 -0.14
63 3.9 19 -0.16
38 3.9 18 -0.18
Dodatna greška
približno 5% za 100%
otvorenosti ventila
NIJE PRRIHVATLJIVO.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Način ugradnje i izborNačin ugradnje i izbor
Protokomer za Protokomer za 44DDii iza leptir ventila iza leptir ventila
Protok [m3/h]
Otvorenost ventila [%] Referenta greška [%]
100% 50% 25% 10%
greška
250 -2.3 1.2 -0.04
188 -2.0 1.1 -0.11
125 -2.4 1.1 0.6 -0.14
63 -2.7 1.1 0.3 -0.16
38 -2.7 1.0 0.4 0.4 -0.18
Bez obzira na procenat
otvorenosti ventila
dodatna greška je
manja od 3%
Leptir ventil m
ora biti i
više od 5Di is
pred EM
protokomjera.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
• Uvod
• Karakteristike EMP
• Opći princip rada
• Način ugradnje i izbor
• Prednosti i nedostaci
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Prednosti EMPPrednosti EMP
Osnovne prednosti ovakvog načina mjerenja protoka i fizičko-tehničkih karakteristika indukcionih senzora su:
Imaju tačnost do 0.25% mjerenog protoka.
Nema gubitka pritiska rastezanjem cijevi ili ispupčenih dijelova cijevi
Imaju mjerni opseg od 0.025-113000 m3/h.
Imaju praktično dug vijek trajanja.
Rade do maksimalnog pritiska od 700 bar.
Mogući temeperaturni opseg mjerenog medija je od –400C do +2000C.
Praktično neosjetljivi na promene teperature, viskoznosti, gustine i pritiska.
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Nedostaci EMPNedostaci EMP
Osnovni nedostaci ovakvog načina mjerenja protoka i fizičko-tehničkih karakteristika indukcionih senzora su:
Ograničenje koje se odnosi na činjenicu da se ovaj mjerač protoka može isključivo koristiti za vodljive fluide.
Elektronički dio ne smije biti izložen temperaturi višoj od 30°C
Mašinski fakultet Sarajevo
Seminarski rad - Elektromagnetni mjerači protoka
Područja primjene EMPPodručja primjene EMP
Hemijskoj
Papirnoj
Vodovodnoj
Gotovo svim ostalim procesnim industrijama