Inleiding tot magnetische stroomzenders

Magnetische stroomtransmitters, gewoonlijk magmeters genoemd, zijn industriële instrumenten die zijn ontworpen om de volumetrische stroomsnelheid van elektrisch geleidende vloeistoffen te meten met behulp van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie. Deze apparaten genereren een magnetisch veld in een stromingsbuis en detecteren de spanning die wordt geïnduceerd door de beweging van geleidende vloeistoffen door dit veld. De amplitude van de geïnduceerde spanning is direct evenredig met de stroomsnelheid, waardoor nauwkeurige metingen mogelijk zijn zonder mechanisch bewegende delen. Magnetische flowtransmitters worden vooral gewaardeerd vanwege hun minimale drukval, hoge nauwkeurigheid (doorgaans ±0,5–1% van de stroomsnelheid) en geschiktheid voor agressieve of schurende vloeistoffen, waaronder slurries en corrosieve chemicaliën. Hun robuuste ontwerp, vaak met voeringen van PTFE, polyurethaan of neopreen en elektroden gemaakt van roestvrij staal, Hastelloy of platina-iridium, zorgt voor betrouwbaarheid in veeleisende omgevingen zoals waterbehandeling, chemische verwerking en mijnbouw. Als dominante technologie op de markt voor flowmeting zijn magnetische flowtransmitters verantwoordelijk voor ongeveer 15% van de wereldwijde verkoop van nieuwe flowmeters, waarbij de acceptatie in industrieën toeneemt die prioriteit geven aan nauwkeurigheid en duurzaamheid.

Werkingsprincipes en ontwerpkenmerken

Magnetische stroomtransmitters werken volgens de wet van Faraday van elektromagnetische inductie, die stelt dat er een spanning wordt geïnduceerd wanneer een geleidende vloeistof door een magnetisch veld beweegt. De stromingsbuis van de zender bevat een paar veldspoelen die worden bekrachtigd door een bron van wisselstroom (AC) of gepulseerde gelijkstroom (DC), waardoor een magnetisch veld ontstaat dat loodrecht op de vloeistofrichting staat. Elektroden die gelijk met de buiswand zijn gemonteerd, detecteren de geïnduceerde spanning, die evenredig is met de gemiddelde vloeistofsnelheid (E = B × L × v, waarbij B de magnetische fluxdichtheid is, L de afstand tussen de elektroden en v de vloeistofsnelheid). Dit signaal wordt verwerkt door een geïntegreerde zender om het volumetrische debiet te berekenen op basis van de dwarsdoorsnede van de buis. Belangrijke ontwerpelementen zijn onder meer een niet-geleidende voering om het signaal van de pijpwand te isoleren, corrosiebestendige elektroden en geavanceerde signaalverwerking om ruis als gevolg van zwerfspanningen of vloeistofturbulentie te verminderen. Moderne zenders beschikken ook over diagnostiek voor detectie van elektrodecoating en automatische signalering van lege pijpen. Hun onbelemmerde stromingspad zorgt ervoor dat er geen drukverlies is, en ze vereisen minimale stroomopwaartse leidingen (slechts vijf buisdiameters) voor nauwkeurige metingen, waardoor de installatiekosten worden verlaagd.

Belangrijkste toepassingsscenario's

Magnetische flowtransmitters worden ingezet in industrieën waar geleidende vloeistoffen (minimale geleidbaarheid 1–10 μS/cm) nauwkeurige monitoring vereisen. Bij de water- en afvalwaterzuivering meten ze drinkwater, rioolwater en chemische additieven, waarbij ze hun immuniteit tegen zwevende deeltjes en slijtvastheid benutten. De chemische industrie vertrouwt erop voor corrosieve vloeistoffen zoals zuren of bijtende stoffen, waarbij voeringmaterialen (bijvoorbeeld PTFE voor hoge corrosieweerstand) een lange levensduur garanderen. Mijnbouw- en mineraalverwerkingstoepassingen omvatten slurrystroommonitoring, waarbij het vermogen van de zender om schurende mengsels met vaste deeltjes te verwerken verstopping voorkomt. Bij de productie van voedingsmiddelen en dranken wordt gebruik gemaakt van hygiënische ontwerpen met Clean-in-Place (CIP)-compatibiliteit voor vloeistoffen zoals zuivel of siroop. Bovendien volgen magmeters met sanitaire voorzieningen in de farmaceutische sector geleidende oplosmiddelen terwijl de steriliteit behouden blijft. Hun veelzijdigheid strekt zich uit tot irrigatiesystemen, waarbij ze de waterstroom in open kanalen of leidingen meten met minimaal onderhoud.

Voordelen en beperkingen

De belangrijkste voordelen van magnetische flowtransmitters zijn onder meer een minimale drukval als gevolg van een onbelemmerd stroompad, een hoge nauwkeurigheid die niet wordt beïnvloed door veranderingen in de vloeistofdichtheid of viscositeit, en de geschiktheid voor bidirectionele flowmeting. Ze bieden een lineaire output die proportioneel is aan de stroomsnelheid en blinken uit in het hanteren van corrosieve of schurende vloeistoffen met de juiste voeringen en elektroden. Beperkingen zijn echter onder meer het onvermogen om niet-geleidende vloeistoffen (bijvoorbeeld koolwaterstoffen of gassen) te meten en de gevoeligheid voor onvolledige leidingvulling, wat meetfouten kan veroorzaken. Luchtbellen of ophopingen van vaste stoffen op elektroden kunnen ook de nauwkeurigheid aantasten, hoewel moderne ontwerpen diagnostiek bevatten om gebruikers op dergelijke problemen te wijzen. Het energieverbruik, historisch hoog als gevolg van spoelexcitatie, is verbeterd dankzij geavanceerde elektronica en opties op batterijen, waardoor ze haalbaar zijn voor afgelegen locaties.

Selectie- en implementatierichtlijnen

Het selecteren van een magnetische flowtransmitter vereist het evalueren van de geleidbaarheid van de vloeistof (zorg ervoor dat deze de minimumdrempel van de zender overschrijdt), de temperatuur-/drukwaarden en de compatibiliteit van bevochtigde materialen met de vloeistof. De keuze van de voering is van cruciaal belang, bijvoorbeeld polyurethaan voor slijtvastheid of PTFE voor hoge temperaturen. De keuze van de elektroden hangt af van de corrosiviteit van de vloeistof; titanium presteert goed in chloride-omgevingen, terwijl Hastelloy bestand is tegen oxiderende zuren. De installatie moet zorgen voor volledige pijpcondities en trillingen of luchtinsluiting voorkomen. Voor niet-geleidende leidingen worden aardringen aanbevolen om signaalruis te voorkomen. Kalibratie moet herleidbaar zijn tot standaarden, en integratie met systemen zoals PLC's of SCADA wordt vergemakkelijkt door uitgangen (4–20 mA, HART, PROFIBUS). Regelmatig onderhoud omvat het controleren van de reinheid van de elektroden en de integriteit van de voering, vooral bij schurende toepassingen.

Conclusie: Verbetering van de procesefficiëntie met magnetische technologie

Magnetische flowtransmitters bieden een robuuste oplossing voor het meten van geleidende vloeistoffen, waarbij hoge nauwkeurigheid wordt gecombineerd met lage levenscycluskosten. Naarmate industrieën de nadruk leggen op automatisering en efficiënt gebruik van hulpbronnen, zal hun rol in kritische processen – van de verwerking van mest tot de dosering van chemicaliën – groter worden. Toekomstige ontwikkelingen kunnen zich richten op slimmere diagnostiek, draadloze connectiviteit en verbeterde materialen voor extreme omstandigheden, waardoor hun positie op het gebied van industriële instrumentatie verder wordt versterkt.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY

-YOKOGAWA

-MTL

-P+F

-Meer producten