Principio di misura elettromagnetico della portata

Ogni giorno, nei sistemi di tubazioni, vengono trasportate e distribuite le sostanze più diverse. Si può trattare di acqua potabile, succhi di frutta, sostanze chimiche o anche fanghi contenenti pietre.
I fluidi che scorrono nei tubi hanno spesso proprietà completamente diverse. Per la loro misura è quindi necessario ricorrere a diversi metodi.
Uno di questi è la misura della portata basata sul principio elettromagnetico.
La fisica alla base di questo principio può essere fatta risalire al fisico inglese Michael Faraday che, nel 1831, ha scoperto che la corrente elettrica può essere generata con un campo magnetico.
Circa 100 anni dopo, l’inventore e sacerdote svizzero Padre Bonaventura Thürlemann ha applicato questa conoscenza ai liquidi elettricamente conduttivi che scorrevano nei tubi e costruito il primo misuratore di portata elettromagnetico.

Diamo un'occhiata più da vicino a come funziona questo metodo di misura.
All'interno di ogni misuratore di portata elettromagnetico si trovano due bobine di campo. Con l'ausilio delle cosiddette masse polari, queste bobine generano un campo magnetico costante su tutta la sezione trasversale del tubo di misura.
Due elettrodi, in grado di intercettare le tensioni elettriche, sono installati ad angolo retto nella parete del tubo.
Il rivestimento della parete interna impedisce cortocircuiti elettrici tra il liquido conduttore e il tubo metallico.
In assenza di flusso, non viene misurata alcuna tensione elettrica indotta tra i due elettrodi.

Le particelle elettricamente cariche del liquido conduttivo sono distribuite uniformemente – come mostrato qui nell'acqua potabile con le particelle rosse e blu.
Tuttavia, non appena il liquido inizia a scorrere nel tubo di misura, il campo magnetico applica una forza alle particelle cariche.
Di conseguenza, le particelle caricate positivamente e negativamente nel liquido vengono separate e si raccolgono sui lati opposti della parete del tubo.
A questo punto, viene generata una tensione elettrica poi rilevata e misurata dai due elettrodi.
Questa tensione è direttamente proporzionale alla velocità del flusso nel sistema di tubazioni.
Conoscendo la sezione trasversale del tubo, è quindi possibile calcolare la portata volumetrica effettiva.
Maggiore è la velocità del flusso – e quindi la separazione delle particelle cariche – maggiore è la tensione elettrica tra gli elettrodi.

Gli elettrodi rilevano anche quella che viene chiamata “tensione parassita” che deve essere separata dal segnale di misura effettivo.
Un metodo utilizzato con successo per questo scopo è quello di creare il campo magnetico con una corrente continua pulsata.
Per farlo, la polarità del campo magnetico viene alternativamente invertita – come illustrato qui in slow-motion.
In tal caso, la tensione rilevata sugli elettrodi di misura cambia costantemente polarità.
Di conseguenza, è possibile eliminare tutte le tensioni parassite costanti – ad esempio, gli effetti elettrochimici nel liquido o i campi elettromagnetici esterni.
Pertanto, l'entità di tali tensioni parassite non ha alcun impatto sul segnale di misura effettivo. Il vantaggio che ne consegue è la stabilità della misura e del punto di zero del sistema.

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