Study of the possibility of using magnetic field sensors for measuring direct current in steel pipelines

Одним из ключевых показателей, применяемых при анализе данных систем коррозионного мониторинга, является сила тока, протекающего по стальному трубопроводу. Современные системы мониторинга используют расчет по падению напряжения, однако этот метод имеет ряд недостатков. Перспективными являются бесконтактные методы измерения тока по величине постоянного магнитного поля, однако корректная оценка при их применении затруднена в силу воздействия на измеряемую величину таких параметров, как магнитное поле Земли и намагниченность металла труб. Вклад измеряемой силы тока в напряженность магнитного поля вблизи трубопровода мал по сравнению с вкладом полей Земли и металла трубы, поэтому при определении силы тока с помощью измерения магнитного поля неизбежны ошибки, в том числе весьма существенные. Авторами поставлена цель - выполнить исследование возможности разработки датчиков постоянного тока, принцип действия которых основан на измерении напряженности постоянного магнитного поля, предложить конструктивные варианты их применения, оценить погрешность таких систем измерения. Рассмотрены основные факторы, осложняющие решение задачи. Показано, что величина тангенциальной составляющей магнитного поля существенно (более чем в четыре раза) различается на участках трубопровода, следовательно, требуется выбор места установки датчиков с проведением магнитометрических измерений. Влияние магнитного поля Земли и прочих источников однородных полей, не меняющихся во времени, можно исключить при использовании двух датчиков напряженности магнитного поля, расположенных диаметрально противоположно относительно оси трубопровода. Магнитное поле металла может меняться во времени, поэтому в работе предложен ряд способов обнаружения и учета таких изменений. Current intensity flowing in the steel pipeline is one of the key indicators applied for analysis of these corrosion monitoring systems. Modern monitoring systems use voltage drop calculations; however, this method has some drawbacks. Contactless methods for current intensity measuring by a permanent magnetic field value are promising; however, correct assessment in this case is hampered by effects of such parameters as Earth magnetic field and pipe metal magnetization on the measured value. Measured current intensity contribution in magnetic field intensity near pipelines is small in comparison with contribution of Earth and pipe metal fields; therefore, errors (including essential ones) are inevitable when the current intensity is evaluated using magnetic field measurements. The authors set the following objective: to study a possibility of direct current sensors development, working principle of which is based on measuring permanent magnetic field intensity, offer robust options of their application and evaluate errors of such measuring systems. Main factors complicating the problem solution are considered. It is shown that the tangential magnetic field component essentially differs (more than fourfold) in pipeline sections; therefore, places for sensors installation shall be selected using magnetometric measurements. Influence of the Earth magnetic field and other sources of time-invariant homogeneous fields could be excluded when using two magnetic field intensity sensors located diametrically opposite relatively the pipeline axis. The metal magnetic field can vary in time; therefore, some methods for detection and consideration of such variations are proposed in the paper.