W sieciach wodociągowych oraz w różnych gałęziach przemysłu istnieje potrzeba stałego monitorowanie parametrów pompowanych cieczy. O ile przy mierzeniu przepływu czystej wody bardzo dobrze spisują się wodomierze mechaniczne, to wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z substancjami niebezpiecznymi bądź zanieczyszczonymi lepiej sprawdzą się przepływomierze elektromagnetyczne.
Zasada działania
Prawo indukcji elektromagnetycznej, odkryte w roku 1831 przez Michaela Faradaya, mówi, że w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym indukuje się siła elektromotoryczna SEM. Wartość tej siły jest proporcjonalna do szybkości zmian pola magnetycznego, a kierunek zależny od kierunku zmian pola magnetycznego. Prawo indukcji elektromagnetycznej jest podstawą działania m.in. prądnic i silników elektrycznych, ale znalazło również zastosowanie w przepływomierzach elektromagnetycznych. W tym przypadku funkcję przewodnika poruszającego się w polu elektromagnetycznym pełni płynąca ciecz, która musi przewodzić prąd elektryczny. Sam przepływomierz elektromagnetyczny wyglądem przypomina krótką rurę, do której przymocowana jest głowica pomiarowa. Rura wyłożona jest materiałem izolacyjnym, wokół którego wytwarzane jest pole magnetyczne. Zgodnie z prawem Faradaya, porusza się więc nie pole magnetyczne, a przewodnik. Indukowane w ten sposób napięcie jest zatem wprost proporcjonalne do prędkości poruszania się przewodnika (czyli do prędkości przepływu). Indukowane napięcie, wzmacniane przez elektrody pomiarowe, jest następnie przetwarzane przez przetwornik, który w zależności od potrzeb, obsługuje protokół HART lub Modbus. Działający w ten sposób przepływomierz do wody jest w zasadzie bezawaryjny. Problemy pojawiają się, dopiero gdy do czynienia mamy z cieczami wielofazowymi (np. silnie napowietrzona woda, ciecz kopalniana pełna zanieczyszczeń) bądź z cieczami o niskiej przewodności. Rozwiązanie problemu jest jednak bardzo proste – w przepływomierzach zastosowano pole magnetyczne o zmiennej biegunowości, gwarantujące stabilny punkt zerowy.
Zalety i wady
Prosty przepływomierz do wody składa się z nieumieszczonego w korpusie małego śmigła, które wprawiane jest w ruch przez płynącą ciecz. Na identycznej zasadzie działają wodomierze domowe. Jednak to, co sprawdza się przy czystej wodzie, nie ma zastosowania w przemyśle czy kanalizacji. Przepływomierze mechaniczne muszą mieć dodatkowo uszczelnioną część ruchomą, a każde uszczelnienie z czasem ulega uszkodzeniu i wymaga wymiany. W tym miejscu widoczna jest największa zaleta przepływomierza elektromagnetycznego, który ze względu na brak części ruchomych jest w pełni bezobsługowy. Pomiar jest niezależny od temperatury, ciśnienia, gęstość i lepkości cieczy. W instalacjach przemysłowych niezwykle istotny jest również fakt, iż przepływomierz elektromagnetyczny nie wpływa na spadek ciśnienia w układzie. Zaletą jest też stosowanie w przetwornikach protokołów komunikacyjnych, które dają możliwość podpięcia do systemu kontrolno-pomiarowego i ciągły monitoring parametrów.
Zastosowania
Przepływomierze produkowane są z różnych materiałów i rodzajów przyłączy. Można je montować w dowolnych pozycjach, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków. Wszystko to sprawia, że jedyne ograniczenie zastosowania tego komponentu wynika z prawa Faradaya – mierzona ciecz musi przewodzić wodę. Przepływomierze elektromagnetyczne wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu – od przetwórstwa spożywczego, przez farmację, aż po przemysł petrochemiczny. Stosując trudno ścieralne okładziny, można zastosować takie przepływomierze w kopalniach (szlam kopalniany z bardzo dużą zawartością ziemi i kamieni) czy w przemyśle papierniczym (masa celulozowa). Niezastąpione są również tam, gdzie mamy do czynienia z agresywnym medium (wszelakie chemikalia) bądź ściekami komunalnymi czy przemysłowymi.
Brak części ruchomych, niezależność pomiaru i bezawaryjność to trzy najważniejsze cechy przepływomierzy elektromagnetycznych. Obecnie komponenty tego typu rozwijane są w kierunku stałego monitoringu parametrów.