Lưu lượng kế điện từ

Đo lưu lượng đóng một vai trò rất quan trọng trong các mạng lưới vận chuyển chất lưu (ví dụ như ống dẫn khí, dẫn dầu) và trong mọi thiết bị công nghiệp mà cần khống chế lượng chất lưu tham gia vào các quá trình như ở động cơ đốt trong, lò phản ứng hoá học…
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lưu lượng kế điện từ Lưu lượng kế điện từĐo lưu lượng đóng một vai trò rất quan trọng trong các mạng lưới vậnchuyển chất lưu (ví dụ như ống dẫn khí, dẫn dầu) và trong mọi thiết bị côngnghiệp mà cần khống chế lượng chất lưu tham gia vào các quá trình như ởđộng cơ đốt trong, lò phản ứng hoá học…Kể từ khi phát minh ra lưu lượngkế tuabin theo kiểu Woltman vàonhững năm 1970, các chuyên gia tựđộng hoá đều hào hứng trông đợimột máy đo lưu lượng cho tất cảcác ứng dụng khác nữa. Nhưngđáng tiếc là dù chúng ta đã có hẳn12 công nghệ đo lưu luợng khácnhau nhưng không một công nghệnào cho phép áp dụng được vào Hình 1. Vận tốc chất lưu làm thay đổimọi ứng dụng. từ trường tĩnh và gây nên một điện thếMột trong những phương pháp tỷ lệ trên các điện cực.được sử dụng rộng rãi nhất tronghầu hết các ứng dụng, trên hầu hết các ngành công nghiệp và với độ chínhxác cao hơn cả cách đo áp suất vi sai, đó chính là lưu lượng kế điện từ. Theocác nghiên cứu của Jesse Youder thì lưu lượng kế chiếm 4,7 tỷ USD doanhsố nhưng lưu lượng kế điện từ mới chỉ chiếm khoảng 20% trong số đó.Hiện có rất nhiều lưu lượng kế điện từ được sản xuất hằng năm. Thiết bị nàyđược sử dụng trong tất cả các quá trình công nghiệp: nước, nước thải, và cácmỏ khoáng chất, thực phẩm và dược phẩm. Thiết bị này được thiết kế trongcác hệ thống xử lý gần như tất cả các nước có nguồn gốc hoá chất và bùnthan; có khả năng chống hao mòn, trầy xước và thậm chí cả làm sạch bề mặtbên trong đường ống (thiết kế dành cho các ứng dụng vệ sinh dịch tễ).Lưu lượng kế điện từ được sử dụng rộng rãi nhất bởi vì kích thước máy đocó thể thay đổi độ lớn tuỳ theo yêu cầu ứng dụng. Công ty Zuider Zee tại HàLan là nơi đầu tiên sử dụng công nghệ này cho các cống thoát nước trongnhững năm 1950. Thường thì nhà cung cấp cho ra lò những sản phẩm cókích thước từ12mm đến 914mm. Một số hãng khác có thể cung cấp với các kích thước lênđến 3.048mm. Việc tăng hay giảm kích thước ống như thế có liên quan trựctiếp đến công nghệ.Nguyên lý hoạt độngNăm 1831, Michael Faradayđã tìm ra định luật cảm ứngđiện từ mà sau này được đặttên luôn là Faraday. Trongmột máy đo lưu lượng điệntừ thì cuộn dây được đặtsong song với dòng chảy vàở góc bên phải bên trong ốngdẫn có đặt một loạt các điệncực, tạo ra một trường từ Hình 2. Lắp đặt lưu lượng kế điện từtĩnh. Các đường ống dẫnphải là vật liệu không từ tính, mặt bên trong ống được phủ chất cách điện.Khi chất lưu chảy qua thì một hiệu điện thế nhỏ xuất hiện trên các điện cực.Hiệu điện thế này tỷ lệ với độ lệch của từ trường.Các lưu lượng kế điện từ hiện đại hoạt động dựa trên trường một chiều DCchuyển đổi được với nguyên tắc không gây ra tiếng ồn (có thể từ RFI, EMIvà tiếng ồn điện thực sự trong khi đo lưu lượng chất lưu). Nó hoạt động theochế độ tắt từ trường, đo điện thế lưu lại trên các điện cực; sau đó là bật lại từtrường và trừ giá trị điện thế lúc bật và lúc tắt cho nhau. Cơ chế này đượcthực hiện vài lần trong một giây cho phép loại trừ hiện tượng trôi, lệch điểmkhông.Điều này có nghĩa là điện thế cảm ứng trên các điện cực là tỷ lệ trực tiếp vớivận tốc trung bình trong đường ống; cách làm này chính xác hơn rất nhiềucác phương pháp đo vận tốc khác.Lưu lượng kế điện từ đo vận tốc có độ chính xác đáng kể, tiếp cận được vớiđộ chính xác của các thiết bị đo vị trí. Chúng thường được sử dụng khi ứngdụng đo lưu lượng trong khoảng thời gian tương đối dài. Độ chính xác củalưu lượng kế điện từ là 0.5% của giá trị đo (trong khoảng từ 0.1 tới 10m/s).Một số nhà cung cấp cho biết rằng vẫn có thể đạt được độ chính xác tới0.1%.Sử dụng lưu lượng kế điện từLưu lượng kế điện từ có dải ứng dụng rộng lớn mà có thể nói rằng thật dễ đểkể về những nơi mà lưu lượng kế điện từ không hoạt động được hơn là phảingồi liệt kê tất cả các ứng dụng của thiết bị này.Lưu lượng kế điện từ sẽ không hoạt động tốt khi các đường ống không phảilà đầy chất lưu (ngoại trừ một số thiết kế đặc biệt riêng cho ứng dụng này).Nếu ống không đầy nước sẽ gây nên lỗi đáng kể. Một trong những ví dụ phổbiến nhất về việc sử dụng lưu lượng kế điện từ không đúng là lưu chất chảydọc theo vectơ trọng trường ra không khí trong một bể nước. Một hiện tượngrất hay xảy ra nữa là dòng chảy rất chậm, ống dẫn không đầy nước và kếtquả thu được từ lưu lượng kế điện từ sẽ sai. Đôi khi để giảm hiện tượng nàythì có thể thiết kế ống hình chữ U nhằm đảm bảo nước trong ống luôn đầy.Lưu lượng kế điện từ sẽ không hoạt động tốt khi các ống dẫn đầy khí gashoặc không khí. Lí do là làm thay đổi việc tính thể tích đường ống và thayđổi thể tích luồng đi qua thiết bị đo.Lưu lượng kế điện từ sẽ không làm việc tốt nếu dòng chảy bắt đầu và dừngliên tục vì có một thời gian trễ giữa lúc dòng chảy bắt đầu và vận tốc chỉ thịcủa thiết bị đo. Điều này có nghĩa là lưu lượng kế điện từ không làm việc tốttrong điều kiện hoạt động lặp đi lặp lại liên tục trong thời gian ngắn. Trênthực tế vẫn có các trường hợp ngoại lệ của một số ứng dụng đặc biệt sẽ đượcthiết kế để có thể có đáp ứng rất nhanh.Lưu lượng kế điện từ không cho được thông tin về khối lượng lưu chất chảyqua nhưng khi được kết hợp với thiết bị đo mật độ thì có thể cung cấp thôngtin có độ chính xác cao. Việc kết hợp sẽ tốt nếu kích thước của ống dẫn cỡ300mm. Các ứng dụng kiểu này khá phổ biến trong công nghiệp khai tháchay nạo vét sông, bến cảng.Quan trọng nhất là lưu lượng kế điện từ sẽ không làm việc được nếu lưu chấtcó từ tính hoặc phải đo lưu lượng khí gas. Độ dẫn tính tối thiểu của lưu chấtcho phép là 5μS (microSiemens). Thực tế cho thấy sẽ không tốt nếu sử dụnglưu lượng kế điện từ để đo vận tốc của lưu chất có độ dẫn trung bình thấp.Lý do là vì điện trở trong của cảm biến phải nhỏ hơn rất nhiều so với điệntrở vào của thiết bị đo.Cuối cùng, lưu lượng kế điện từ cũng sẽ hoạt động không tốt nếu lưu chất cóđộ dẫn rất cao (nước muối hay nước biển). Với những ứng dụng đặc biệttrên ...