Bahan dan Desain Elektroda pada Mag meter untuk Pengukuran Cairan
desain pengukur aliran magnetik cair
Elektroda biasanya melewati lapisan dalam pipa dan bersentuhan dengan cairan. Elektroda biasanya berupa baut kepala bola yang melewati lapisan dalam dan akhirnya terhubung ke baut dengan kabel listrik. Karena kontak antara elektroda dan cairan, material elektroda harus dipilih dengan cermat. Beberapa material yang digunakan adalah baja tahan karat non-magnetik (cairan korosif), paduan platina iridium, Monel, tantalum, titanium, zirkonium (untuk cairan korosif), dan Hastelloy-C. Baja tahan karat juga direkomendasikan untuk digunakan dalam pengukuran lumpur, serta kombinasi lapisan keramik dan elektroda.
Elektroda untuk pengukur aliran magnetik di industri pulp kertas
Dalam aplikasi pulp dan aplikasi lainnya, kertas atau material lain dapat bertabrakan dengan elektroda dan menimbulkan kebisingan. Menurut produsen, melapisi elektroda dengan keramik berpori dapat mengurangi efek ini.
Diperlukan pengukur aliran bubur . Karena adanya kontak antara elektroda dan cairan, berbagai metode telah digunakan untuk membersihkan elektroda. Metode-metode tersebut antara lain:
• Menyeka (pengikis atau sikat dapat melewati bagian tengah elektroda untuk menyeka permukaan) (Rose dan Vass, 1995);
• Peleburan (melepaskan sambungan elektronik lain dan menghilangkan endapan pada permukaan elektroda dengan arus yang cukup besar);
• Pembersihan ultrasonik (menggunakan gelombang ultrasonik untuk menggetarkan elektroda dan menyebabkan kavitasi lokal untuk mencapai tujuan pembersihan);
• Elektroda bergerak;
• Elektroda seperti peluru.
Metode pemilihan elektroda bersih harus ditentukan berdasarkan karakteristik sedimen. Dalam banyak kasus, elektroda cenderung membersihkan dirinya sendiri: ketika cairan melewati elektroda, sedimen terhambat, dan konduktivitas lapisan pada permukaan internal instrumen bisa lebih rendah daripada kebanyakan cairan. Dalam sistem DC modern, impedansi masukan bisa cukup besar untuk mengabaikan pengaruh sedimen. Namun, impedansi tinggi dapat menyebabkan derau termal pada sinyal elektroda. Jadi, meskipun impedansi tinggi berarti tidak ada kesalahan sistematis, pengulangan instrumen akan menurun.
Medan magnet biasanya dihasilkan oleh serangkaian kumparan dan kuk magnet yang ditumpuk. Konsumsi dayanya biasanya berkisar antara 10-100 W, tetapi sekarang dapat mencapai serendah 0,5 W. Sejak penggunaan baterai tahan lama, konsumsi daya terendah bisa jauh lebih rendah dari 0,5 W.
Akibat penggunaan eksitasi AC, sinyal induktansi bersama dihasilkan akibat perubahan medan magnet dalam loop yang dibentuk oleh kombinasi kabel elektroda dan fluida. Gambar 7 menunjukkan kabel dengan konfigurasi yang buruk dan daerah yang dihasilkan terkait dengan perubahan fluks magnet. Daerah ini tidak perlu terlalu besar untuk menghasilkan sinyal yang sebanding dengan sinyal lalu lintas. Sinyalnya ortogonal (dengan beda fase 90° dari sinyal aliran), kira-kira Tegangan ortogonal ~2πfBA
Di antara mereka, f adalah frekuensi, B adalah intensitas induksi magnetik, dan A adalah area loop aksi yang diproyeksikan ke arah medan magnet. Misalnya, jika f adalah 50 Hz, B adalah 0,02 T, dan A adalah 1cm2, tegangan ortogonal sekitar 0,6 mV. Namun, sinyal yang dihasilkan dengan bergerak pada kecepatan 5 m/s dalam pipa dengan diameter 0,1 m adalah 10 mV. Sudut fase tegangan ortogonal menyimpang sebesar 90 ° dan dikonsumsi sebagai rugi besi dalam rangkaian magnetik, yang tidak dapat dikurangi dengan desain mekanis atau rangkaian elektronik. Penggunaan eksitasi DC dapat memecahkan masalah ini dengan mengukur sinyal aliran secara langsung ketika medan magnet tetap konstan untuk jangka waktu tertentu. Namun, ada juga masalah lain, yang memerlukan tegangan besar untuk dengan cepat mengatasi induktansi kumparan dan membentuk medan magnet, dan kemudian menjaga stabilitas untuk pengukuran aliran.
Pemasangan komponen tidak boleh menyebabkan tekanan berlebih pada pipa, dan pipa harus dipastikan terisi cairan. Umumnya, saat memasang bagian pipa pengukur, sambungan elektroda harus berada pada bidang horizontal untuk menghindari korsleting elektroda saat gelembung muncul di bagian atas pipa.
Kebanyakan tabung pengukur terbuat dari baja tahan karat, sehingga medan magnet dapat melewatinya. Tekanan maksimum yang dapat ditahan sensor adalah 1000 bar.
Desain juga harus mencakup opsi untuk penggunaan di lingkungan yang keras dan berbahaya.
Gambar 6: Kumparan dan kuk medan magnet

Gambar 7: Hubungan antara medan magnet dan kabel sinyal
Pemancar pengukur aliran Mangetic (komponen sekunder)
Pemancar pengukur aliran elektromagnetik
Saat ini, banyak jenis pemancar aliran elektromagnetik dapat mencapai fungsi yang dibutuhkan sebagai
flow meter digital . Jenis komunikasi yang paling lama digunakan adalah 50 Hz atau 60 Hz. Hal ini karena catu daya utama adalah 50 Hz atau 60 Hz, dan pada frekuensi ini, medan magnet dan sinyal aliran juga kuat. Namun beberapa desain baru yang umum menggunakan gelombang persegi frekuensi rendah dengan mode yang berbeda, yang menyebabkan sinyal ortogonal melemah sebelum sinyal aliran dikumpulkan. Jenis eksitasi gelombang persegi (eksitasi DC) yang disebutkan di sini mungkin memiliki banyak nama yang berbeda tergantung pada pabrikannya (Brobeil et al., 1993). Istilah 'tipe DC' harus digunakan dengan hati-hati, karena instrumen awal telah menggunakan tipe DC tetapi tidak berhasil. Dalam desain DC, kekuatan medan magnet relatif kecil, tetapi noise elektronik dan efek elektromekanis dalam lumpur sama seperti dalam desain AC. Oleh karena itu, instrumen DC yang dirancang terbaru akan memiliki modul daya tinggi khusus untuk mengatasi masalah ini.
Bonfig dkk. (1975) menjelaskan salah satu desain DC pertama yang sukses, yang disebut medan DC kunci. Hafner (1985) menjelaskan sistem lain yang disebut DC tersambung, yang memiliki fungsi-fungsi seperti pengurangan derau (perisai aktif dan pasif), aktivitas elektrokimia, penolan periodik penguat, pengambilan sampel sinyal ganda, frekuensi akuisisi yang lebih tinggi (hingga 123 Hz), penyaringan digital, dan penggunaan rangkaian analisis derau aliran. Penggunaan konsumsi energi rendah dalam desain (dikurangi menjadi 1,5W, dengan ukuran dan berat yang dikurangi) memenuhi persyaratan keselamatan inheren dan penggerak baterai. Kontrol mikroprosesor juga menyediakan deteksi mandiri, kompensasi suhu, alat primer dan sekunder yang dapat dipertukarkan, dan fungsi-fungsi interaktif. Selain itu, elektroda juga menyediakan fungsi pentanahan dan inspeksi tabung udara. Herzog dkk. (1993) mempelajari desain DC tersambung dengan titik referensi elektronik dalam satu siklus dan membahas penggunaan elektroda ketiga pada pipa yang sebagian penuh.

Gambar 8: Diagram Rangkaian Konversi Sistem AC
Sinyal keluaran biasanya 0~10mA atau 4~20mA. Alat ini dapat dilengkapi dua hingga tiga kenop pengatur rentang untuk memenuhi pembacaan rentang penuh fluida pada laju aliran 1~10m/s. Namun, kini, teknologi mikroprosesor telah menggantikannya. Dengan menggunakan instrumen pintar/intelijen untuk menyesuaikan rentang sinyal keluaran secara otomatis, alat ini memiliki fungsi transmisi digital dan jangkauan yang lebih luas.
Gambar 8 menunjukkan diagram blok tipikal rangkaian AC. Demodulator menghilangkan tegangan ortogonal melalui sinyal referensi, dan rangkaian AC memperoleh rasio sinyal aliran terhadap sinyal referensi.
Diagram blok pada Gambar 9 (a) merupakan metode umum yang diadopsi dalam sistem DC. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9 (b), pengambilan sampel pada waktu τn, τn+1, dan τn+2 memperkuat pergeseran garis dasar sinyal gelombang persegi yang disebabkan oleh efek elektrokimia dan efek lainnya, sehingga penggunaan tiga titik pengambilan sampel jelas masuk akal.
Penyimpangan nol mungkin muncul pada beberapa instrumen, tetapi biasanya lemah. Hal ini mungkin disebabkan oleh ketidakmampuan untuk sepenuhnya menekan tegangan tak terduga, terutama tegangan ortogonal. Meskipun metode pemutusan diterapkan pada laju aliran rendah, sistem DC mengklaim dapat mengatasi masalah penyimpangan nol saat ini, tetapi hal ini sulit dikonfirmasi. Pemutusan arus lalu lintas rendah biasanya dibatasi hingga 1% dari rentang batas atas (Ginesi dan Annarummo, 1994) atau mungkin lebih rendah.
Ketidakpastian keseluruhan konverter adalah 0,2% untuk berbagai tegangan utama, sinyal ortogonal, fluktuasi suhu, dll. Konverter ini juga dapat mengukur sinyal aliran mikro dengan presisi rendah.

Gambar 9: Diagram skema rangkaian pemancar untuk sistem DC
(a) Rute; (b) Sinyal pengukuran
Konverter pengukur aliran magnetik komersial akan menyediakan:
- Waktu respons instruksi adalah 0,1 detik;
- Rasio jangkauan: maksimum 1000:1;
- Rentang aliran: interval 0,005~113000 m³/jam;
- Volume arus lebih pulsa satuan: 0,01~10L/pulsa.
Karakteristik yang disediakan oleh produsen meliputi:
- Kabel dua fase dengan keamanan bawaan digunakan untuk catu daya dan transmisi sinyal sensor;
- Mewujudkan transmisi sinyal digital dengan memodulasi sinyal analog melalui komunikasi;
- Perlindungan antar komponen, perlindungan IP65 untuk konverter;
- Frekuensi ganda (lihat Gambar 10) bermanfaat untuk frekuensi tinggi dan rendah: memproses sinyal secara terpisah sebelum penggabungan frekuensi akan menghasilkan stabilitas aliran rendah dan kebisingan rendah;

Gambar 10: Diagram skema rangkaian kerja frekuensi ganda
(referensi resmi oleh Yokogawa Europe BV)
- Transmisi bebas gangguan;
- Periksa sendiri atau tingkatkan data deteksi;
- Detektor lalu lintas udara, menggunakan elektroda untuk merasakan status lalu lintas udara dan membunyikan alarm (Ginesi dan Annarummo, 1994);
- Elektroda pembumian;
- Deteksi kontaminasi elektroda utama;
- Mengukur fluida dua arah menggunakan rangkaian yang sesuai;
- Penyesuaian jangkauan otomatis.
Sirkuit terpadu spesifik aplikasi (ASIC) dapat menyediakan fungsi seperti sistem inspeksi otomatis untuk mendeteksi aliran balik fluida dan kesalahan lainnya, alarm, jangkauan ganda, dan beberapa komunikasi antarmuka (Vass, 1996).
Kalibrasi dan Pengoperasian Pengukur Aliran Magnetik
Lokakarya kalibrasi pengukur aliran elektromagnetik seri SHD
Karena adanya perbedaan antar instrumen selama proses pembuatan flow meter, flow meter elektromagnetik perlu dikalibrasi, yang biasanya dilakukan oleh produsen flow meter. Misalnya, produsen flow meter magnetik menyediakan instrumen standar dengan 13 titik kalibrasi, yang umumnya disebut kalibrasi basah. Kalibrasi kering mengacu pada kalibrasi flow meter elektromagnetik dengan mengukur medan magnet untuk mendapatkan sinyal fluida. Hubungan antara medan magnet pada titik tertentu dan semua rentang instrumen tidak sesederhana persamaan (12.2), yang berarti bahwa setiap kalibrasi kering yang ada saat ini harus diperlakukan dengan hati-hati.
Pengoperasian flow meter elektromagnetik tidak boleh dipengaruhi oleh konduktivitas fluida, sehingga konduktivitas fluida harus sama di seluruh area flowmeter. Dengan asumsi bahwa konduktivitas cukup besar untuk membuat impedansi keluaran komponen primer setidaknya dua kali lipat lebih kecil daripada impedansi masukan komponen sekunder. Selain itu, perubahan konduktivitas yang signifikan dapat menyebabkan kesalahan titik nol pada flow meter elektromagnetik AC. Meskipun beberapa orang percaya bahwa tipe pulsa DC tidak terpengaruh oleh perubahan konduktivitas di atas ambang batas tertentu (Ginesi dan Annarummo, 1994), satu produsen masih memiliki pandangan yang berlawanan, percaya bahwa tipe AC harus digunakan untuk mengukur aliran dua arah, lumpur, fluida dengan konduktivitas rendah, dan aliran yang tidak seragam dengan konduktivitas yang berubah dengan cepat. Bagaimanapun, pengembangan tipe DC yang berkelanjutan akan memastikan bahwa tipe tersebut sama-sama cocok untuk situasi di atas.
Impedansi keluaran suatu komponen dapat dinyatakan secara kira-kira sebagai
R≈1/dσ(Ω)
Di mana d adalah diameter elektroda dan σ adalah konduktivitas.
Impedansi khas instrumen dengan diameter elektroda 0,01m dapat diperoleh dari persamaan (3), seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Table2
Output resistance of instrument measuring tube
with electrode diameter of 0.01m
|
|
Liquid conductivity
|
Resistance
|
S/m
|
μS/ cm
|
Ω
|
The best electrolyte
|
About 10²
|
About 10⁶
|
1
|
Seawater
|
About 4
|
About 4×10⁴
|
25
|
Tap-water
|
About 10⁻²
|
About 10²
|
10000
|
Pure water
|
4×10⁻⁶
|
4×10⁻²
|
25 000 000
|
Komponen sekunder tipikal dengan impedansi masukan 20 × 10⁶/Ω dapat menyamai konduktivitas tiga fluida pertama pada Tabel 2, tetapi tidak dapat menyamai yang terakhir. Produsen akan membatasi nilai minimum konduktivitas untuk instrumen dengan ukuran tertentu. Misalnya, untuk elektroda dengan diameter 25~100 mm, konduktivitas serendah 20 μS/cm dapat diterima, tetapi setidaknya satu produsen dapat memberikan pengurangan konduktivitas sebesar 0,05 μS/cm.
Akibat terganggunya kontinuitas listrik dan keseragaman konduktivitas, serta ketidakpastian objek yang diukur, keberadaan gas dalam fluida akan menyebabkan kesalahan. Pengukur aliran harus beroperasi dalam kondisi di mana faktor-faktor ini dapat diabaikan.

Pengukur aliran magnetik mengukur laju aliran air laut
Di mana pengukur aliran elektromagnetik digunakan?
Pengukur aliran elektromagnetik banyak digunakan dalam pengukuran aliran cairan. Alat ini sangat cocok untuk semua jenis cairan konduktif dan hampir selalu berhasil dalam aplikasinya. Seorang pakar industri pernah berkata bahwa satu-satunya masalah yang ia temui adalah mengukur gula bubuk yang mengkristal, dan penyebab kegagalannya mungkin karena masalah fluida atau ketidakcocokan. Jika alat ini digunakan untuk mengukur aliran dua fase atau multifase, di mana komponen kontinu harus konduktif, sinyal dihasilkan oleh kecepatan komponen tersebut. Jika alat ini digunakan pada logam cair, prinsip fisikanya akan menjadi lebih kompleks.

Magmeter sangat cocok untuk cairan konduktif apa pun
Aplikasi pengukur aliran elektromagnetik meliputi fluida kental, bahan kimia korosif, bubur abrasif, dan fluida operasi dengan kemampuan menyalakan dan mematikan, tetapi tabung aliran harus penuh (beberapa produsen menyediakan model yang dapat mengukur aliran tabung non-penuh), dan elektroda tidak boleh mengalami hubung singkat akibat gelembung (Ginesi dan Annarummo, 1994). Jika memungkinkan, pipa pengukur harus mengalir ke atas pada saat ini. Jika pipa horizontal, elektroda harus berada pada arah diameter horizontal. Jika instrumen dipasang pada posisi yang lebih rendah dalam pipa, instrumen harus dipantau untuk kemungkinan lumpur atau fluida lain yang menempel pada elektroda. Alat tambahan memiliki konduktivitas yang berbeda dari sifat fluida dan dapat membentuk lapisan konduktif parsial untuk mengubah diameter internal dan panjang instrumen. Jika kecepatan instrumen dipertahankan di atas 2~3 m/s, kemungkinan sedimentasi akan berkurang. Elektroda berbentuk kerucut juga dapat mengurangi sedimentasi dan sistem pembersihan elektroda dapat digunakan. Fluida non-Newtonian dapat mengubah respons. Lumpur tahan aus dapat menyebabkan keausan lapisan di dekat tikungan pipa, dan perlindungan pipa dapat mengurangi keausan tersebut. Cairan pembersih harus kompatibel dengan fluida kerja. Aditif juga dapat menyebabkan konduktivitas yang tidak merata.
Pengukur aliran magnetik mengukur cairan korosif Teknologi insentif komunikasi kembali digunakan untuk mengukur aplikasi lumpur yang membawa gas dalam jumlah besar. Lumpur ini tidak merata, dengan sejumlah besar partikel padat berukuran tidak teratur atau kecenderungan membentuk gumpalan lumpur, disertai aliran berdenyut. Sekitar 15% aliran industri mengalami kondisi ini, termasuk pulp dan mortar. Dalam aplikasi ini, teknologi pulsa DC secara bertahap menjadi pilihan penting untuk menggantikan teknologi AC.
Pada flowmeter baru ini, efek interferensi frekuensi radio (RFI) akan dihilangkan. Sesuai petunjuk produsen, kabel sinyal harus dilindungi dan diarde. Rose dan Vass (1995) membahas penerapan teknologi flowmeter elektromagnetik dalam proses industri yang lebih kompleks:
Kimia:
· larutan asam,
alkali ,
polimer , lotion dan karet
Farmasi:
· pelapis semprot, bumbu, produk medis dan kesehatan
Pertambangan dan mineral:
· bubur bijih besi, pirit, magnetit, pirit, tembaga, alumina
Makanan dan minuman:
· bir, soda, pasta gigi, susu, es krim, gula,
jus Air dan limbah:
· air,
air limbah , limbah cair, lumpur, cairan pencernaan

Aliran air limbah diukur dengan magnimeter
Pulp dan kertas:
· cairan hitam dan putih, bahan baku berwarna coklat, bahan kimia pemutih, aditif
Pabrik pengolahan bahan bakar nuklir:
·cairan radioaktif dan non-radioaktif (Finlayson, 1992)
Laporan literatur terkini tentang aplikasi meliputi:
·Dapat digunakan untuk menangani masalah aliran timbal bismut cair (Kondo dan Takahashi, 2005);
·Memantau kinerja pompa (Anon, 2002);
·Pengukuran aliran bubur menggunakan elektroda kapasitif (Okada et al., 2003);
·Pemantauan air limbah (Kwietniewski dan Mizstka Kruk, 2005);
·Pembuangan sampah berkelanjutan: pipa pemurnian, pipa tiup, dan pipa daur ulang (Okada dan Nishimura, 2000);
·Aliran pengeboran (Arnold dan Molz, 2000);
·Pengukuran presisi produksi alkilat dan asam sulfat (Dunn et al., 2003).
Untuk daftar ini, terak, semen, bubur (abrasif), reagen muatan tungku, dan aplikasi khusus seperti kecepatan sangat rendah, transportasi transaksional, cairan dengan pelacakan uap, cairan tanur tinggi, pencampuran, dan cairan korosif mungkin juga perlu ditambahkan.
Dalam kondisi pengukuran frekuensi tinggi (120 pengukuran per detik), pengukur aliran AC dapat mengukur laju aliran pulsa pompa.
Beberapa produsen menyediakan flow meter elektromagnetik berdimensi 2-25 mm untuk mengukur susu. Produsen juga menyediakan instrumen dengan ukuran spesifik mereka sendiri untuk digunakan dalam produk kebersihan dan kimia sehari-hari, yang dapat digunakan dalam proses produksi massal berkecepatan tinggi dengan tingkat pengulangan hingga 0,2%.
Apa keuntungan menggunakan pengukur aliran elektromagnetik?
1. Teori menunjukkan bahwa respons pengukur aliran elektromagnetik bersifat linear (kecuali untuk pengaruh distribusi kecepatan aliran yang berbeda), dan satu-satunya alasan mengapa instrumen tidak dapat menampilkan aliran nol adalah penyimpangan nol. Ini adalah salah satu dari sedikit instrumen yang dapat mencapai fungsi tersebut, tetapi juga telah dinilai secara tidak adil karena penyimpangan nol masih dapat diamati. Desain modern sering kali menggunakan pemotongan rentang aliran rendah untuk menghindari masalah ini.
2. Aliran yang tidak terhentikan merupakan yang paling berharga, terutama ketika fluida mengandung padatan atau ketika melewati rintangan yang dapat merusak saluran aliran.
Pengukur aliran magnetik Desain lubang penuh memastikan aliran tak terhentikan
3. Tidak ada bagian yang dapat bergerak.
4. Sensitivitas komponen pipa hulu sebanding dengan alat pengukur aliran lainnya, hanya saja lebih lemah daripada alat pengukur aliran volumetrik,
alat pengukur aliran Coriolis , atau
alat pengukur aliran ultrasonik dengan dua atau lebih berkas suara.
Apa kerugian menggunakan pengukur aliran elektromagnetik?
Kelemahan utamanya adalah keterbatasannya dalam mengukur cairan konduktif. Meskipun laboratorium memiliki desain untuk cairan non-konduktif (minyak transformator atau solar), hanya satu atau dua desain komersial yang telah mencoba hal ini.
Selama beberapa waktu, beberapa orang percaya bahwa sensitivitas terhadap gangguan di hulu merupakan kelemahan, tetapi ini bisa menjadi salah satu kekuatannya. Dibandingkan dengan flowmeter elektromagnetik, hanya sedikit flowmeter yang kurang terpengaruh oleh distribusi kecepatan aliran di hulu selama pengoperasian. Kelemahan lain yang sering disebutkan adalah zero drift, karena desain awal ditemukan menghasilkan kesalahan yang signifikan pada laju aliran yang sangat rendah. Sekali lagi, perlu dicatat bahwa tidak ada flowmeter yang dapat digunakan di luar rentang tersebut atau pada laju aliran yang lebih rendah dari yang dimungkinkan. Bahkan, setidaknya satu flowmeter elektromagnetik komersial mengklaim rasio rentang 1000:1.