Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
Magnetisk Induktive flowmålere er i dag det foretrukne valg indenfor industri og forsyningsvirksomhed, primært på grund af egenskaber om enkel installation og minimalt vedligehold. Største parten af målerne lover også høj målenøjagtighed, og leveres med kalibreringscertifikater, som refererer til akkrediterede prøvestande. Certifikatet fortæller således at måleren, under referencebetingelser, udviser bestemte egenskaber – men hvad sker der egentlig når måleren placeres under forhold, som ikke svarer til dem der var på prøvestanden?
Måler den så rigtigt – og hvordan verificeres det, at måleresultatet er korrekt?
Funktionsprincippet
Den magnetiske flowmåler er baseret på Faraday’s lov om induktion, der lettere omskrevet siger følgende:
"Hvis man bevæger en elektrisk leder igennem et magnetfelt, så vil der vinkelret på lederens
bevægelsesretning opstå en spænding, der er ligefrem proportional med lederens bevægelseshastighed."
Faraday's lov: U =B*l*v, hvor -
U er den inducerede spænding
v er lederens hastighed
l er lederens længde
B er magnetfeltets styrke
Man skal lægge mærke til, at Faraday ikke stiller krav til, hvor god lederen skal være - men blot at den skal være ”elektrisk ledende". I en magnetisk flowmåler er lederen væsken, dvs. den kan kun måle væsker der har en elektrisk ledningsevne - typisk skal denne være større end 5uS/cm.
Den magnetiske flowmåler er altså en hastighedsmåler, hvor omregningen til volumenflow forudsætter at hastighedsprofilet er veldefineret, og arealet i målerøret er kendt (det er de parametre som den individuelle kalibrering tager højde for) - sker der ændringer i forudsætningerne vil det forstyrre målingen!
Hvad kan forstyrre målingen
Når man taler om flowmåling gælder, for de fleste principper, at flowprofilet skal være veldefineret – helst symmetrisk - hvorfor der angives nogle forskrifter omkring målerens installation. Den mest almindelige angivelse definerer nogle anbefalede respektafstande til forskellige former for obstruktioner i rørføringen. Afstanden angives som et vist antal gange lige rørføring før og efter måleren, dvs. det antal gange før/efter måleren, hvor et lige rør i målerens dimension skal være monteret, for at man kan opnå et for måleprincippet veldefineret flowprofil.
For den magnetiske flowmåler er respektafstanden før måleren typisk 3-5 gange rørdiameteren og 2-3 gange bagved. Dette tal vil dog afhænge af hvordan installationen ser ud foran måleren, således vil dobbeltbøjninger, ventiler o.lign. stille øgede krav til afstanden, for at kunne ”rette” profilet op.
Udover hastighedsprofilet skal man, i den magnetiske flowmåler, også være opmærksom på variationer i arealet kan betyde en fejl i forbindelse med omregning til volumen.
Variationer kan enten skyldes en mekanisk ændring i målerens foring, eller det kan referere til målerørets fyldningsgrad, f.eks. kan det være delvist fyldt, eller der kan være luft i mediet. I sidstnævnte tilfælde vil luftlommerne blive medregnet som var det produkt – og derfor resultere i en endog meget stor målefejl.
Det værste er dog, at det kan være endog meget vanskelligt at forudsige hvor stor målefejlen vil være i de enkelte installationer, da det oftest er en kombination af flere ”fejlkilder”, der optræder i den ”virkelige” verden.
Diagnose funktioner
Med den stigende computerkraft der i dag er stillet til rådighed i forbindelse med måleudstyr, er det blevet muligt at gennemføre en række nye diagnose funktioner, der kan hjælpe til med at verificere den aktuelle måling. Funktionerne benyttes til løbende at fortælle om flowmåleren påvirkes af nogle af de fejlkilder, der kan give anledning til en målefejl. Den kan ikke fortælle hvor stor målefejlen vil være, ”blot” at der er risiko for målefejl relateret til en af følgende procesparametre:
Test der kan hjælpe med at afsløre kilden til målefejl
Lidt afhængig af fabrikat, og kompleksitet i transmittervalget, er det muligt for transmitteren at foretage en række test der kan hjælpe til med at afklare om flowmåleren fungere korrekt. De forskellige test kan enten foretages manuelt eller, i særlig avancerede målere, kontinuerligt - altså samtidig med der måles. Sidstnævnte foregår ved at indlægge korte cykler mellem måleperioderne, hvor der bl.a. udføres forskellige test, der afslører:
Tomt eller delvist fyldt målerør/luft i mediet
De fleste større målere leveres med en tomrørsdetektion – udført som en ekstra elektrode placeret øverst i målerøret. Når elektroden ikke er væskeberørt vil der kunne gives en alarm.
Ved vandret montage vil luft samle sig øverst i målerøret og der alarmen vil derfor betyde at målerøret ikke er helt fyldt (og målingen derfor kan være forkert), mens alarmen ved lodret montage betyder at der ikke er nogen væske i måleren.
I et tomt målerør vil måleelektroderne i øvrigt virke som antenner der opsamler elektrisk støj fra rørsystemet, og det er ikke unormalt at man vil opleve at den magnetiske flowmåler indikerer flow selvom målerøret et tomt – dette forhindres ved at tilkoble tomrørsdetektionen.
Resultatet af overvågningen er ikke entydig, og derfor benytter nogle fabrikanter andre metoder, som kan give flere informationer, f.eks.
Profil check
Under normal måling skaber spolerne et homogent magnetfelt i målerøret, et felt der i industrielle målere beskyttes af en ekstra kappe udenom spolerne, fremstillet i et særligt magnetisk materiale. Kappen kan dog også benyttes til at styre udformningen af magnetfeltet i en kort periode, og dette bliver benyttet til at foretage et profil check.
Under testen måles forskellen på den spænding der aftastes på hver enkelt elektrode, og data sammenlignes med ”erfaringsdata” for at give informationer om:
1. Mønstret, der er et udtryk for flowprofilet
2. Reduktion i signalstyrken der er udtryk for fyldningsgraden i målerøret
3. Ubalanceret signal der er udtryk for at lineren er beskadiget
Måling af elektrodestøj
En anden uheldig parameter der kan forstyrre målesignalet er elektrodestøj, der ofte forekommer i medier med højt tørstof- eller fiberindhold. Støjen fremkommer når partiklerne ”trækkes” henover elektroderne, og medmindre den elektronisk kan filtreres fra, vil den for måleren ”se ud som” et almindeligt flowsignal.
Støjsignalet kan reduceres på flere måder, men oftest indeholder transmitteren ”blot” en række filtre der kan indkobles – der er dog udviklet specielle metoder som kan klare denne opgave med lidt bedre resultat – som:
Under normal måling multipliceres elektrodespændingen med firkantpuls, der har samme frekvens som spolernes excitationsfrekvens – signalerne er afstemt så slutresultatet bliver et udtryk for volumenflow’et, hvor støj er filtreret fra.
Ved at skifte firkantpulsens udseende/frekvens bliver der mulighed for at filtrere flowsignalet fra – og kun efterlade støjsignalet. Overstiger dette en given grænse er det udtryk for at der enten er luftbobler i mediet eller at tørstofindholdet er for højt.
Kontrol af elektrodefunktionen / Modstandsmåling
Elektrodernes funktion er essentiel for målingen, er disse ikke i fuld kontakt med mediet kan det have indflydelse på måleresultatet.
Kontrollen er en ”simpel” modstandsmåling, hvor elektroderne påtrykkes en vekselstrøm, og spændingsfaldet i kredsen, der består af de 2 elektroder, samt væskemodstanden, måles. Resultatet sammenholdes med ”standard værdier” fra kalibreringen idet:
1. For høj værdi indikerer belægning på elektroderne
2. For lav værdi indikerer lækage ved elektroderne
Endelig kan den aktuelle værdi benyttes som et udtryk for mediets ledningsevne.
Udover de ovennævnte test udføres en række andre test der er rettet mod målerens elektroniske dele – de er møntet på målerens interne opbygning og er derfor ikke relateret til den fysiske installation, som denne artikel fokusere på.
Hvordan skal alle informationerne så bruges?
Med den nye teknologi giver måleinstrumenterne ikke blot en information om aktuelle måleværdier, men de hjælper også brugeren til at vurdere værdiernes validitet. Dette er informationer som kan være nyttige – eller uinteressante – afhængig af hvilken proces de indgår i.
Hvad er konsekvensen ved f.eks. en slidt foring?
Skal måleren skiftes med det samme, eller kan det accepteres at vente til næste regelmæssige driftsstop, inden der tages aktion.
Moderne måleinstrumenter den udvidede information til rådighed, men det er kun brugeren der kan vurdere indflydelsen på den aktuelle proces. Det er derfor også brugeren der må til-/fravælge de informationer som skal bruges, og definere en række aktioner baseret på denne information
Læs mere om magnetiske flowmålere hér