طراحي و ساخت فلومتر الكترومغناطيسي آرايه‌اي جهت اندازه‌گيري پروفيل سرعت در كانال با مقطع مستطيلي

Design and fabrication of electromagnetic arrayed flow meter to measure velocity profiles in a rectangular channel

در اين مقاله يك ساختار جديد از فلومتر الكترومغناطيسي با قابليت اندازه‌گيري پروفيل سرعت در عرض يك كانال مستطيلي، ارائه شده است. فلومتر‌هاي الكترومغناطيسي موجود ميانگين سرعت را اندازه‌گيري كرده و قابليت تشخيص پروفيل سرعت در مقطع كانال را ندارند. جهت سنجش پروفيل سرعت از يك الكترومغناطيس آرايه‌اي با توانايي كنترل ميدان مغناطيسي در عرض كانال استفاده شده است. ابعاد كانال مستطيلي 6×150 ميلي‌متر مربع مي‌باشد و ميدان مغناطيسي توسط پنج عدد كويل با هسته از جنس آهن كم كربن و با قطر سيم 0.3 ميلي‌متر ايجاد مي‌گردد. از محلول 20 درصد وزني آب و نمك NaOH با رسانايي S/m 4 به‌عنوان سيال عبوري از فلومتر استفاده شده است. فلومتر الكترومغناطيسي آرايه‌اي ساخته شده و به‌صورت تجربي در يك مسير بسته آزمايش شده است. شبيه‌سازي سه‌بعدي فلومتر شامل ميدان مغناطيسي، سرعت سيال و جريان القايي در الكترودها در نرم‌افزار المان محدود كامسول صورت گرفته است. به‌صورت تجربي و عددي فلومتر الكترومغناطيس آرايه‌اي يك‌بار در حالتي كه ميدان مغناطيسي يكنواخت و يكسان بوده و همچنين در حالتي كه آرايه‌ها به‌صورت جداگانه فعال شده‌اند مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين پروفيل دبي ورودي پارابوليك و خطي، با تغييرات سرعت از 0 تا 10 ليتر بر دقيقه، در ورودي اعمال شده و سيگنال خروجي فلومتر ثبت شده است. نتايج تجربي و شبيه‌سازي تطبيق مناسبي داشته (ميانگين خطا 16 درصد) و نشان دهنده عملكرد موفق فلومتر آرايه‌اي در سنجش پروفيل سرعت مقطع كانال مي‌باشند.

In this paper, a new structure of an electromagnetic flow meter capable of measuring the velocity profile in a rectangular channel is presented. Common electromagnetic flowmeters measure the average velocity and are not capable of detecting velocity profiles in the cross-section of the channel. An array electromagnet with the ability to control the magnetic field across the channel is used to measure the velocity profile. The dimensions of the rectangular channel are 6 × 150 mm2 and the magnetic field is created by five coils with a low carbon iron core with a wire diameter of 0.3 mm. 20% NaoH solution with a conductivity of 4 S/m is used as the fluid passing through the flowmeter. An electromagnetic arrayed flowmeter is fabricated and experimentally tested in a closed path. Three-dimensional simulations of flowmeter including magnetic field, fluid velocity and induced current at the electrodes are performed in the finite element software COMSOL.The arrayed electromagnetic flow meter is experimentally and numerically investigated when the magnetic field was uniform and the array is also activated separately. Also, the parabolic and linear inlet flow profiles, with speed changes from 0 to 10 liters per minute, are applied to the inlet and the flowmeter output signal is recorded. The experimental and simulation results have a good fit (mean error 16%) and show the successful performance of the array flowmeter in measuring the channel cross-sectional velocity profile