電磁流量計はどのように動作するのですか?原理・設置・選定

電磁流量計 - は、磁気流量計または磁気計 - とも呼ばれ、パイプ全体内の導電性液体の流量を測定します。見つかります電磁流量計水および廃水処理、化学処理、食品および飲料、パルプおよび紙、および鉱山スラリーライン全体にわたります。エンジニアがこのセンサーに手を伸ばす理由は実際的なものです。流路には可動部品がないため、液体が電気を通し、パイプが満杯のままであれば、機械式メーター - を詰まらせたり磨耗させたりする汚れた、研磨性、または腐食性の液体でもメーターは測定を続けます。

このガイドでは、最初に動作原理を説明し、次にその原理によってマグメーターが適合する場所、取り付け方法、購入前に確認すべき事項がどのように決まるかを示します。

要するに：電磁流量計はファラデーの誘導の法則を応用しています。導電性液体は移動導体として機能します。メーター内の磁場を通過すると、流速に応じて上下する小さな電圧が発生します。パイプ壁の電極がその電圧を受け取り、ボアの直径が固定されているため、トランスミッタは速度を体積流量に変換します。液体が電気を通し、パイプがいっぱいになったときにのみ機能します。

電磁流量計とは何ですか?

電磁流量計は、導電性液体用の体積流量計です。ローター、ギア、タービン、パイプ内の障害物の代わりに、磁場と一対の電極を使用して液体の動きを検出します。液体自体が移動導体です。液体がメーター本体内の磁場を流れると、小さな電圧が発生し、メーターはそれを読み取り、速度に変換します。ボア直径は既知であるため、トランスミッターは体積流量を計算します。

同じ機器は、-電磁流量計、電磁流量計、磁力計、磁気流量計、導電性液体流量計など、いくつかの名前で呼ばれています。-それらはすべて同じ測定原理を説明しています。

電磁流量計の動作原理（ファラデーの法則）

動作原理は次のとおりです。ファラデーの電磁誘導の法則: 導体が磁場の中を移動すると、その両端に電圧が誘導されます。マグメーターでは、導体は金属棒ではありません - 導体は測定管の中を移動する導電性の液体です。

誘導電圧は液体の平均速度に比例します。流れが速いほど、より強い信号が生成されます。遅い流れはより弱い流れを生み出します。単純化した関係は次のとおりです。

誘導電圧=磁界強度 × 電極距離 × 流速

これら 3 つの項のうち 2 つはメーターの設計によって固定されています。場の強さは駆動電子機器によって一定に保たれ、電極の距離はチューブによって設定されます。これにより、メーターが - を解決するために必要な唯一の変数として速度が残ります。これはまさに電圧が与えるものです。

液体が導電性でなければならない理由

ファラデーの法則は、移動する導体が実際に導通している場合にのみ、使用可能な信号を生成します。液体中の導電性は、溶解イオン - の塩、酸、ミネラルによって決まります。水道水、廃水、およびほとんどのプロセス溶液には、簡単に測定できる十分なイオンが含まれています。油、ガス、蒸気、超純水または脱イオン水は通常、そうではありません。何が導電率を上げたり下げたりするのかについての背景として、USGSによる水中の電気伝導度の説明は透明なプライマーですが、実際に選択に重要となる数値は、特定のメーターのデータシートに記載されている最小導電率です。

速度から体積流量へ

マグメーターは体積を直接感知しません-速度を感知します。トランスミッタは、測定された平均速度にボアの固定断面積 (Q=v × A) を掛けて体積流量を生成します。これが、送信機内のパイプ-直径パラメータが実際のメーターの内径と一致する必要がある理由です。直径が正しくないと、すべての読み取り値が誤差の 2 乗で上下に調整されます。他の技術とは異なり、マグメーターの読み取り値が液体の密度や粘度にほとんど依存しないのもこのためです。

マグメーターはどのようにして液体の動きを流量信号に変換するのでしょうか?

測定は明確なシーケンスに従って実行されます。

• メーター本体のコイルは、測定管全体と液体を通る磁場を生成します。
• 導電性液体がその場を移動すると、小さな電圧が誘導されます。
• チューブの反対側の電極が電圧を受け取ります。信号は小さいため、クリーンな検出と適切な接地が重要です。
• 送信機はノイズをフィルターし、メーターの形状を補正し、電圧を速度に変換します。
• トランスミッタは体積流量を計算し、それを通常 4 ～ 20 mA、パルス、周波数、RS485 Modbus、または HART として表示または送信します -。

電磁流量計の主な構成部品

測定管

液体が流れる部分。フルボア設計では、内径がパイプラインに一致するため、圧力損失が低く抑えられ、機械的な障害が回避されます。

磁気コイル

これらは磁場を生成します。その場の安定性は、測定の再現性を直接制限します。

電極

電極は誘導電圧を読み取り、液体で濡れたままにしておく必要があります。パイプが空であるか、部分的にしか満たされていない場合、読み取り値は崩れます。電極材料は液体 - に適合する必要があります。316L ステンレス鋼は水やほとんどの廃水には適していますが、攻撃的な化学物質にはハステロイ、チタン、タンタルなどの合金が必要です。 -発生しやすいメディアのコーティングでは、電極のメンテナンスと清掃運用計画の一部になります。

ライナー

ライナーはチューブを液体から絶縁し、本体を保護します。一般的な選択肢は PTFE、PFA、硬質または軟質ゴム、ポリウレタン、ネオプレンで、液体、温度、圧力、摩耗に応じて選択されます。間違ったライナーを使用すると、膨張、腐食、摩耗が発生し、メーターの寿命が短くなる可能性があります。正しいライニング素材の選択これは仕様段階での決定であり、後付けではありません。{0}}

送信機

トランスミッターはセンサーに電力を供給し、信号を処理し、流量を計算し、ディスプレイを駆動して PLC、SCADA システム、またはトータライザーに出力します。センサー (コンパクト) に取り付けることも、振動、熱、浸水の危険性、またはアクセスの悪さにより別個のエンクロージャの方が良い選択肢となる場合は、離れた場所に取り付けることもできます。

電磁流量計で測定できる液体は何ですか?

選択の最初のルール: マグメーターは導電性液体のみを測定します。以下の表は、代表的なメディアを 3 つのグループに分類しています。

最小導電率: 選択する前に確認すべきこと

「十分な導電性」は最も一般的な選択ミスであるため、それ自体が評価されます。導電率は通常、マイクロジーメンス/センチメートル (μS/cm) で表されます。通常の水道水やプロセス水は、標準的な磁力計が必要とする数μS/cm を余裕で上回る数百μS/cm - に収まります。脱塩水、蒸気凝縮水、および高純度プロセス水は、特別な低導電率モデルまたは完全に別のメーターが必要になるほど低下する可能性があります。-

モデルにコミットする前に:

• データシートでメーターに記載されている最小導電率を確認します。- は業界のデフォルトを想定していません。
• 導電率は温度によって変化するため、液体の導電率は実際の動作温度で測定または推定してください。
• 余白を残してください。境界値は、希釈、温度、季節の変化によって変動します。
• 限界に近い場合は、推測ではなく、正確な液体と照らし合わせて確認するようサプライヤーに依頼してください。

ライナーと電極の選択ガイド

ライナーと電極は液体と常に接触する 2 つの部品であるため、精度と耐用年数の両方が左右されます。以下のマッピングは開始フレームワークです - は、常に化学適合性チャートと実際の温度、圧力、濃度、固体負荷と照らし合わせて確認されます。-

精度に影響を与える設置要因

健全なマグメーターでは、フィールドエラーのほとんどは原理そのものではなく設置に遡ります。

パイプを満杯にしておく

電極は濡らす必要があるため、パイプが満杯の場所に取り付けてください。垂直上向きの流れは、ボアを満たした状態に保ち、沈殿物を防ぐため、固体や空気を運ぶ液体に好まれることがよくあります。空気が集まるラインの最高点を避け、下方への自由排出部分を避けてください。-

メーターを適切に接地してください

メーターが読み取る電圧は非常に小さいため、接地はオプションではありません。- 接地が不十分な場合、ノイズや測定値の変動が現れます。パイプの材質によっては、接地リング、接地電極、または接地ストラップが必要になる場合があります。プラスチック、ライニング、断熱された配管には、ほとんどの場合特別な注意が必要です。問題のあるインストールに関して 1 つのことしか行う時間がない場合、通常は次のことを行います。正しくグラウンディングする.

メーターに安定した流量プロファイルを与える

ポンプ、制御バルブ、エルボ、レデューサーは、測定値を歪める渦や乱流を生成します。メーターをこれらの外乱から遠ざけ、メーカーの規定を尊重してください。上流と下流のストレートラン要件-。スペースが狭い場合は、単に便利な位置ではなく、渦巻きと空気の巻き込みを最小限に抑える位置を選択してください。

避けるべきインストールの間違い

• エアポケットが形成される配管の最高点に取り付けます。
• パイプを空にする下向きまたは自由排水経路に設置します。{0}
• プラスチックまたはライニングされたパイプの接地リングをスキップします。
• メーターをポンプまたは部分的に開いたバルブのすぐ下流に配置します。
• 部分的に満たされたパイプを受け入れ、測定値が当てはまることを期待します。

より詳細な開始前チェックリストは、-電磁流量計設置上の注意事項.

応用例（フィールドノート）

原則はどのジョブでも同じです。何が変わるかというと、どの細部があなたを刺すかということです。実際の設置からのいくつかのパターン:

• 都市下水ライン

• ここではメーターの原理が問題になることはほとんどありません。-空のパイプの状態、ポンプ後の空気の巻き込み、接地不良などが問題となります。一般的な適合例は、ゴムライナー、316L 電極、および SCADA への 4 ～ 20 mA プラス RS485 出力を備えた DN100 ラインで、パイプが満たされていることを確認して垂直に取り付けられています。

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• 化学薬品投与ライン

• 材料の適合性が優先されます。化学名、濃度、温度を入力して、ライナー (多くの場合 PTFE/PFA) と電極 (多くの場合ハステロイまたはタンタル) を一致させることができます。 「ステンレス」のデフォルトは数週間で失敗する可能性があります。

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• 食品グレード / CIP 水

• サニタリー接続、表面仕上げ、熱洗浄サイクルに対応したライナーの定格は、流量範囲と同じくらい重要です。{0}}現場-。

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• 採掘スラリー

• 摩耗は致命的です。耐用年数は信号強度ではなく、ライナーの耐久性 (ポリウレタンが一般的) と電極の磨耗によって決まります。

電磁流量計と他の流量計の比較

後付けのためのマグメーターと超音波

改修プロジェクトでは、多くの場合、アクセスと液体の種類によって選択が決まります。クランプ式超音波メーターは、パイプを切断したり流れを止めたりすることなく設置できます。これは通電中のメイン - には魅力的ですが、確実に読み取るには清潔で明確な液体と良好なパイプが必要です。-マグメーターは、取り付けにスプールピースとシャットダウンが必要ですが、固形物を払いのけ、汚れたプロセス液体や導電性のプロセス液体に対してより安定した読み取り値を与えます。液体が伝導して固体を運ぶ場合、通常、長期安定性の面では磁気計が優れています。-ラインを破ることができない場合、または液体がきれいな場合は、超音波を比較する価値があります。トレードオフについては、-で詳しく説明します超音波流量計と電磁流量計の比較.

適切な電磁流量計を選択するには?

提供できる以下のものが多いほど、パイプ サイズだけでなく、推奨事項がプロセスに近づきます。各項目は構成を変更するために存在します。

• 液体の名前と組成 - はライナーと電極の材料を駆動します。
• 最小導電率 - により、テクノロジーが機能することが確認されます。
• パイプのサイズと材質 - は、メーターのサイズと接地方法を設定します。
• 最小、通常、最大流量 - は、ラインだけでなく実際の範囲のメーターのサイズを決定します。
• 温度と圧力 - はライナーとガスケットの選択を制限します。
• 固形物、気泡、コーティング、または摩耗 - は、ライナー、電極、および取り付けに影響を与えます。
• 必要な精度 - は、標準構成とプレミアム構成を区別します。
• 利用可能な直管の長さ - によって、位置が許容できるかどうかが決まります。
• 接続タイプ - フランジ、ウェハー、ねじ込み、サニタリー クランプ、またはインサート。
• 出力信号 - 4 – 20 mA、パルス、RS485 Modbus、HART、またはリレー。
• 電源 - 主電源、低電圧-、またはバッテリー。
• 環境 - IP 等級、リモート ディスプレイ、防爆、または衛生承認。-

構造化されたウォークスルーについては、に関するメモを参照してください。電磁流量計選定のポイント。準備ができたら、次のことができます申し込みの詳細をお送りくださいモデルと構成を上記の条件に合わせます。

トラブルシューティング: 症状、考えられる原因、最初に確認してください

永続的な障害を追跡している場合は、次のガイドを参照してください。一般的な電磁流量計の故障と対処方法各ケースを順番に説明します。

電磁流量計に関するよくある質問

電磁流量計の最小導電率はどれくらいですか?

ほとんどの標準的なマグメーターは数 µS/cm しか必要とせず、通常の水はそれをはるかに上回ります。正確な数値はモデルによって設定されるため、データシートを読み、液体が脱塩、凝縮、またはその他の低導電率の場合はマージンを残してください。-

マグメーターにはどのくらいの直管が必要ですか?

これは上流の外乱とモデルに依存するため、単一の経験則ではなく、メーカーが定めた上流と下流の直流要件に従ってください。{0}}メーターをポンプ、バルブ、エルボから可能な限り遠ざけてください。

アースリングは必要ですか?

導電性金属パイプでは、隣接するライニングのないパイプが接地経路となることがあります。プラスチック、ライニング、または絶縁されたパイプでは、液体がメーターに対して電気的に基準となるように、ほとんどの場合、接地リングまたは接地電極が必要です。

マグメーターは部分的に満たされたパイプでも機能しますか?

標準的なマグメーターではできません。電極は濡れていて、穴は満たされている必要があります。部分的に充填すると、測定値が不安定になったり、誤った値が表示されたりすることがあります。部分的にフルラインの場合は、その条件に合わせて特別に設計されたメーターが必要です。

リキッドにはどのライナーを選択すればよいですか?

ライナーを化学的性質、温度、圧力、摩耗に合わせて選択します。水およびマイルドなスラリーにはゴム、研磨スラリーにはポリウレタン、強力な化学薬品や衛生用途には PTFE または PFA を使用します。互換性チャートと照らし合わせて最終的な選択を確認してください。

挿入マグメーターとインラインマグメーターの違いは何ですか?

アンインライン（フルボア）マグメーター完全な流量を伝送し、標準的で最も正確な選択肢です。アン挿入-式マグメータープローブを介して局所速度を測定します。大きなパイプに取り付ける方が安価ですが、一般に精度が低く、流れプロファイルの影響を受けやすくなります。

電磁流量計は石油、ガス、蒸気を測定できますか?

いいえ、ほとんどの油は非導電性であり、ガス、空気、蒸気には導電経路がありません。-これらについては、流体に応じてタービン、コリオリ、オーバルギア、ボルテックス、または超音波技術を検討してください。

電磁流量計は廃水に適していますか?

はい - 可動部品がなく、懸濁物質を含む導電性液体に耐えられるため、最も一般的な選択肢の 1 つです。フルパイプの取り付け、接地、適切なライナーが性能の良さを左右します。-

マグメーターの精度に影響を与えるものは何ですか?

通常、接地、限界に近い導電率、部分的に充填されたパイプ、電極コーティング、気泡、間違ったパイプ直径設定、不適切な取り付け位置、不適切な材料が原因となります。{0}

重要なポイント

電磁流量計は、移動する導電性液体に電圧を誘導し (ファラデーの法則)、電極を通じて電圧を読み取り、既知のボア面積を使用して速度を体積流量に変換します。水、廃水、スラリー、および多くの化学溶液の場合、-メンテナンスの負担が少なく、密度{2}}に依存しない主力製品 - ですが、ガス、蒸気、油、または非導電性の液体は測定できません。また、完全なパイプ、健全な接地、適切なライナーと電極に依存します。-

最初に液体 (導電性と化学的性質)、次にパイプと流量範囲、次に接続、出力、および環境によって選択を決定します。これらの詳細をサプライヤーに提出すれば、パイプの直径だけでなく、プロセスに合わせた推奨事項が得られます。

FlowT のフロー計測エンジニアリング チームによって、一般的な産業用の設置と選択の実践に基づいて作成およびレビューされています。{0}材質、精度、導電率、出力の仕様はモデルや動作条件によって異なります - 製品のデータシートとアプリケーションを確認してください。

参考文献

• ISO 20456:2017 - 導電性液体用の電磁流量計の使用に関するガイダンス
• ブリタニカ百科事典 - ファラデーの帰納法
• 米国地質調査所 - 導電率 (電気伝導率) と水