การพัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

การพัฒนาการวัดการไหลสามารถสืบย้อนไปถึงโครงการชลประทานโบราณและระบบประปาในเมือง ในยุคโรมันภายใต้การปกครองของซีซาร์ มีการใช้แผ่นออริฟิสเพื่อวัดปริมาณการใช้น้ำดื่มของผู้อยู่อาศัยแล้ว ประมาณ 1000 ปีก่อนคริสตกาล อียิปต์โบราณใช้วิธีการวัดน้ำล้นเพื่อวัดการไหลของแม่น้ำไนล์ ระบบชลประทาน Dujiangyan ที่มีชื่อเสียงของจีนใช้วิธีการสังเกตระดับน้ำที่ "ช่องคอบขวด" (Baopingkou) เพื่อประมาณปริมาณน้ำ เป็นต้น

ในศตวรรษที่ 17 Torricelli ได้วางรากฐานทางทฤษฎีสำหรับเครื่องวัดการไหลแบบความดันแตกต่าง ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการวัดการไหล จากนั้นเป็นต้นมา ต้นแบบของเครื่องมือวัดการไหลหลายประเภทก็เริ่มก่อตัวขึ้นในศตวรรษที่ 18 และ 19 รวมถึงเครื่องวัดน้ำล้น วิธีการติดตาม ท่อ Pitot ท่อ Venturi ปริมาตร กังหัน และเครื่องวัดการไหลแบบเป้าหมาย

เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า: การพัฒนาและการประยุกต์ใช้งาน

เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า (EMFs) ปรากฏขึ้นในทศวรรษ 1960 ในฐานะเครื่องมือวัดการไหลชนิดใหม่ พัฒนาอย่างรวดเร็วควบคู่ไปกับการพัฒนาด้านอิเล็กทรอนิกส์ อิงตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ พวกเขาจะวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรของของเหลวนำไฟฟ้า เนื่องจากข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร ปัจจุบันจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับการวัดของเหลวนำไฟฟ้าต่างๆ รวมถึง:

ของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (กรด ด่าง เกลือ)

สื่อที่ติดไฟได้และระเบิดได้

น้ำเสียจากอุตสาหกรรม สารละลายข้น เยื่อกระดาษ และโคลน

หลักการวัด

หลักการทำงานขึ้นอยู่กับกฎของฟาราเดย์: เมื่อของเหลวนำไฟฟ้าไหลผ่านมิเตอร์ จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันตามความเร็วการไหลเฉลี่ย (V) แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำนี้ถูกตรวจจับโดยขั้วไฟฟ้าสองตัวที่สัมผัสกับของเหลว ส่งผ่านสายเคเบิลไปยังเครื่องขยายเสียง และแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตมาตรฐาน

ข้อกำหนดหลัก: ของเหลวต้องมีความนำไฟฟ้าขั้นต่ำเพื่อการวัดที่แม่นยำ

ข้อดี

โครงสร้างเรียบง่าย ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

ไม่มีสิ่งกีดขวางการไหล → ไม่มีการสูญเสียแรงดัน

ไม่มีการสึกหรอหรือการอุดตัน → เหมาะสำหรับสารละลายข้น น้ำเสีย และของเหลวหนืด

ทนต่อการกัดกร่อน (ผ่านท่อบุและวัสดุขั้วไฟฟ้าพิเศษ)

ไม่ได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของของเหลว

ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ความหนืด ความหนาแน่น และ (ภายในขีดจำกัด) การนำไฟฟ้า

สอบเทียบครั้งเดียวด้วยน้ำ → ใช้ได้กับของเหลวนำไฟฟ้าอื่นๆ โดยไม่ต้องแก้ไขเพิ่มเติม

ช่วงการวัดกว้าง

อัตราส่วนช่วงสูงถึง 1:100

วัดความเร็วเฉลี่ย → ไม่ได้รับผลกระทบจากโปรไฟล์การไหล (แบบลามินาร์/ปั่นป่วน)

การตอบสนองที่รวดเร็วและความเป็นเชิงเส้นสูง

ไม่มีความเฉื่อยทางกล → การวัดการไหลแบบพัลซิ่งทันที

การแปลงสัญญาณเชิงเส้น → เอาต์พุตโดยตรงสำหรับการแสดงผลในพื้นที่หรือการส่งระยะไกล

ข้อเสียและข้อจำกัด

แม้จะมีข้อดี EMFs มีข้อเสียบางประการที่จำกัดการใช้งาน:

ไม่สามารถวัดก๊าซ ไอน้ำ หรือของเหลวที่มีปริมาณก๊าซสูงได้

จำกัดเฉพาะของเหลวนำไฟฟ้า (ขั้นต่ำ 10⁻⁵ S/cm) → ไม่เหมาะสำหรับน้ำกลั่น ปิโตรเลียม หรือตัวทำละลายอินทรีย์

ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิและความดันเนื่องจากวัสดุบุ → ไม่สามารถวัดของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงได้

ความไวต่อโปรไฟล์การไหล → ต้องใช้ส่วนท่อตรงก่อน/หลังมิเตอร์

ไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) → อาจต้องใช้การป้องกันในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังทางไฟฟ้า

บทสรุป

เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าให้ความแม่นยำสูง ความทนทาน และความสามารถรอบด้านสำหรับของเหลวนำไฟฟ้า แต่ถูกจำกัดด้วยการนำไฟฟ้าของของเหลว อุณหภูมิ และสภาวะการไหล ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องมีเป้าหมายเพื่อขยายการประยุกต์ใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าต่ำและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง