Przepływomierz elektromagnetyczny mierzy poprawnie tylko wtedy, gdy spełnione są warunki wynikające z samej zasady pomiaru: medium przewodzi prąd, rura pomiarowa jest pełna, elektrody mają stały kontakt z cieczą, a urządzenie ma poprawne odniesienie elektryczne do medium. Jeżeli któryś z tych warunków odpada, wynik może nadal wyglądać spokojnie na wyświetlaczu, ale nie musi oznaczać rzeczywistego przepływu.
To jest najważniejsza różnica między pomiarem „działa” a pomiarem „mierzy dobrze”. Przepływomierz może być zasilony, skonfigurowany i wysyłać sygnał 4-20 mA, a mimo to pracować w złym punkcie instalacji: na częściowo pustym odcinku, za zaworem regulacyjnym, przy napowietrzeniu albo bez prawidłowego uziemienia.
Jak działa przepływomierz elektromagnetyczny?
Przepływomierz elektromagnetyczny działa na podstawie prawa Faradaya. Cewki wytwarzają pole magnetyczne, a przepływająca przez nie ciecz przewodząca zachowuje się jak poruszający się przewodnik. W takim medium indukuje się niewielkie napięcie, które odbierają elektrody umieszczone po bokach rury pomiarowej.
W uproszczeniu sygnał pomiarowy zależy od indukcji pola magnetycznego, średnicy rury pomiarowej i prędkości przepływu: 
. W praktyce przetwornik przelicza ten sygnał na prędkość, a potem na przepływ objętościowy.
Zaletą tej metody jest brak elementów ruchomych w świetle rury. Nie ma wirnika, łopatki ani klasycznej zwężki. Dlatego przepływomierze elektromagnetyczne dobrze sprawdzają się przy wodzie, ściekach, szlamach, zawiesinach, mediach spożywczych i wielu cieczach chemicznych. Nie mierzą jednak dowolnej cieczy. Medium musi przewodzić prąd.
Dlaczego medium musi przewodzić prąd?
Bez przewodności elektrycznej nie powstaje użyteczny sygnał na elektrodach. Dlatego przepływomierz elektromagnetyczny nie jest właściwą metodą dla większości olejów, paliw, rozpuszczalników i cieczy bardzo słabo przewodzących. W takich zastosowaniach trzeba dobrać inną metodę pomiaru.
Nie wystarczy też sama informacja, że medium „jakoś przewodzi”. W miejscu pomiaru ciecz powinna być możliwie jednorodna. Jeżeli tuż przed przepływomierzem dozowany jest kwas, ług, koagulant albo inny dodatek, lokalna przewodność może być nierówna. Wtedy urządzenie nie widzi spokojnego, jednorodnego medium, tylko strefę mieszania.
Dlatego punkt dozowania chemii zwykle lepiej umieścić za przepływomierzem. Jeżeli musi być przed nim, potrzebny jest odpowiedni odcinek na wymieszanie medium. W niektórych instrukcjach producentów pojawiają się tu znacznie dłuższe wymagania niż typowe odcinki proste za kolanem czy zaworem.
Warunki poprawnego pomiaru
| Warunek pracy | Dlaczego jest ważny? | Co dzieje się przy błędzie? |
|---|---|---|
| Medium przewodzi prąd | Ciecz jest częścią obwodu pomiarowego. Bez przewodności elektrody nie odbierają stabilnego sygnału. | Brak pomiaru, alarm przewodności, skrajny lub niestabilny sygnał. |
| Rura pomiarowa jest pełna | Elektrody muszą być stale zanurzone, a przepływ powinien obejmować cały przekrój rury pomiarowej. | Skoki wskazań, zaniżony wynik, alarm pustej lub częściowo pustej rury. |
| Elektrody mają kontakt z cieczą | Pęcherze gazu, osady lub źle dobrana orientacja mogą chwilowo odcinać elektrodę od medium. | Szum, zaniki pomiaru, okresowe błędy po uruchomieniu pompy albo przy napowietrzeniu. |
| Uziemienie jest wykonane poprawnie | Sygnał elektrod jest mały, więc przepływomierz potrzebuje stabilnego odniesienia elektrycznego. | Nerwowy odczyt, pływanie sygnału, fałszywe alarmy, problem po zmianie rurociągu lub uszczelnień. |
| Profil przepływu nie jest silnie zaburzony | Pomiar zakłada reprezentatywny rozkład prędkości w przekroju rury. | Stabilny, ale przesunięty wynik; różnica między przepływemierzem a bilansem instalacji. |
| Medium jest jednorodne w miejscu pomiaru | Lokalne zmiany przewodności po dozowaniu chemii mogą zakłócać sygnał elektrod. | Odczyt reaguje na dozowanie, mimo że rzeczywisty przepływ się nie zmienia. |
| Elektrody i wykładzina pasują do medium | Osady, oblepianie, korozja albo zły materiał elektrod pogarszają kontakt z cieczą. | Dryft, szum, rosnąca niestabilność pomiaru, alarm impedancji elektrod w nowszych urządzeniach. |
Pełna rura i pozycja w instalacji
Pełna rura nie jest dodatkiem do instrukcji montażu. To warunek działania. Jeżeli przepływomierz pracuje na częściowo wypełnionym odcinku, elektrody mogą nie mieć stałego kontaktu z cieczą, a przetwornik próbuje przeliczać sygnał z warunków, do których urządzenie nie zostało przeznaczone.
Najgorsze miejsca to zwykle najwyższe punkty rurociągu, odcinki przed swobodnym wypływem, spadki, na których rura może się opróżniać, oraz miejsca, gdzie w medium zbiera się powietrze. W wielu instalacjach bezpieczniejszy jest montaż na odcinku pionowym z przepływem ku górze, bo taki układ łatwiej utrzymuje pełne wypełnienie rury pomiarowej.
Przy montażu poziomym znaczenie ma orientacja elektrod. Nie powinny pracować w pionowej osi przekroju, gdzie górna elektroda może trafiać na gaz, a dolna na osad. Typowo ustawia się je tak, aby były po bokach rury. To prosty detal, ale potrafi zdecydować o tym, czy pomiar będzie stabilny.
Jeżeli błędy pojawiają się po rozruchu pompy, przy zasysaniu powietrza albo przy niestabilnej pracy układu, problem często nie dotyczy samego przepływomierza. Trzeba spojrzeć na całą pracę instalacji pompowej: napowietrzenie, kawitację, podciśnienie po stronie ssawnej, pracę zaworów i warunki napełnienia rurociągu.
Uziemienie i odniesienie do medium
Przepływomierz elektromagnetyczny mierzy małe napięcie na elektrodach. Żeby ten sygnał miał sens, urządzenie musi mieć stabilne odniesienie elektryczne do medium. W metalowym, nieizolowanym rurociągu bywa to prostsze. W rurach z tworzywa, rurach wykładanych, złączach izolowanych i instalacjach z powłokami ochronnymi trzeba przewidzieć uziemienie zgodnie z dokumentacją producenta.
W praktyce oznacza to pierścienie uziemiające, elektrody uziemiające, połączenia wyrównawcze albo odpowiednie połączenie z kołnierzami. Złe uziemienie potrafi wyglądać jak uszkodzona elektronika: wskazanie pływa, sygnał jest zaszumiony, a problem nasila się po wymianie fragmentu rury, uszczelnień albo po modernizacji instalacji.
Przy diagnostyce nie wystarczy więc sprawdzić zasilania i wyjścia analogowego. Trzeba obejrzeć kołnierze, przewody wyrównawcze, pierścienie uziemiające, połączenie ekranu i sposób, w jaki czujnik ma kontakt elektryczny z medium.
Odcinki proste i profil przepływu
Przepływomierz elektromagnetyczny jest mniej wrażliwy na profil przepływu niż wiele urządzeń mechanicznych, ale nie jest całkowicie obojętny na hydraulikę rurociągu. Kolano, trójnik, zawór regulacyjny, pompa, redukcja albo zwężenie tuż przed miernikiem mogą zaburzyć rozkład prędkości w przekroju.
W dokumentacjach często pojawiają się wymagania typu kilka średnic DN przed i za urządzeniem, na przykład 5×DN na wlocie i 2×DN na wylocie. To dobra zasada robocza, ale nie prawo dla każdego modelu. Niektóre konstrukcje wymagają więcej, inne mniej, a część nowoczesnych przepływomierzy wodociągowych jest projektowana pod montaż w bardzo krótkich odcinkach.
Sens jest prosty: przepływ ma dotrzeć do odcinka pomiarowego w stanie, który urządzenie jest w stanie prawidłowo uśrednić. Sam temat tego, jak zachowuje się przepływ w rurociągu, dobrze pokazuje, dlaczego w rurze nie płynie „jednolity klocek” cieczy.
Elektromagnetyczny czy ultradźwiękowy?
Przepływomierz elektromagnetyczny ma sens przede wszystkim tam, gdzie medium jest cieczą przewodzącą i można wstawić urządzenie w rurociąg. Dobrze pasuje do wody, ścieków, szlamów, zawiesin i wielu cieczy technologicznych. Nie będzie jednak dobrym wyborem dla cieczy nieprzewodzących.
Przepływomierz ultradźwiękowy działa na innej zasadzie. W metodzie transit-time mierzy różnicę czasu przejścia fali ultradźwiękowej z prądem i pod prąd. Taki pomiar nie wymaga przewodności elektrycznej medium, więc może być lepszy przy olejach, paliwach, gazach albo wtedy, gdy potrzebny jest pomiar clamp-on bez rozcinania rury.
Metoda Dopplera jest jeszcze innym przypadkiem, bo wymaga cząstek albo pęcherzy, od których sygnał może się odbić. Dlatego nie ma prostej zasady „ultradźwiękowy zamiast elektromagnetycznego”. Najpierw trzeba ustalić medium, stan rurociągu, wymaganą dokładność, możliwość ingerencji w instalację i to, czy pomiar ma być stały, czy kontrolny.
Co sprawdzić na obiekcie przed wymianą urządzenia?
- Czy przepływomierz nie pracuje w miejscu, gdzie rura bywa częściowo pusta: na najwyższym punkcie, przed swobodnym wypływem albo na spadku instalacji?
- Czy elektrody są ustawione poprawnie względem osi rury i nie trafiają na kieszeń powietrza albo osad?
- Czy uziemienie, pierścienie uziemiające i połączenia wyrównawcze są wykonane tak, jak wymaga tego producent dla danego typu rurociągu?
- Czy przed miernikiem nie ma zaworu regulacyjnego, pompy, kolana, redukcji albo dozowania chemii zbyt blisko odcinka pomiarowego?
Jeżeli te cztery punkty są niepewne, wymiana przepływomierza może nie rozwiązać problemu. W pomiarze elektromagnetycznym najpierw trzeba potwierdzić warunki pracy: przewodzące medium, pełną rurę, kontakt elektrod, poprawne uziemienie i sensowny profil przepływu.
