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电磁流量计

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浅析电磁流量计测量误差的影响因素及其对策

来源:作者:发表时间:2017-11-22 09:25:54

 摘要:电磁流量计主要用于测量封闭管道中导电液体和浆液的体积流量,技术成熟而且应用广泛。电磁流量计在流量计量中发挥着巨大的作用,在实际应用中,电磁流量计经常因为设备选型、安装或使用不当,引起测量误差增大、示值不稳。基于此,首先阐述了电磁流量计的工作原理以及电磁流量计的特点及其应用原则,论述了选型不当而导致后期出现测量误差,对电磁流量计测量误差的影响因素及其对策进行了探讨分析。

 
1 电磁流量计的工作原理
        三畅电磁流量计是根据电磁感应定律来测量导电性液体体积流量的仪表,基于法拉第电磁感应定律,通过磁场作切割磁力线运动时在垂直于磁场及流速的方向上产生感应电势,其感应电势正比于平均流速。三畅电磁流量计的优点是压损极小,可测流量范围大。
 
2 电磁流量计的特点及其应用原则
2.1 电磁流量计的优点
        (1)测量导管内无可动部件和阻流体,因而无压损,无机械惯性,所以反应十分灵敏。(2)测量范围宽,量程比一般为 10:1,最高可达 100:1。流速范围一般为 1~6m/s,也可扩展到 0.5~10m/s。测量范围可测每小时几十毫米到十几万立方米。测量管径范围从 2mm 到 2400mm,甚至可达3000mm。(3)可测含有固体颗粒、悬浮物(如矿浆、煤粉浆等)或酸、碱、盐溶液等具有一定电导率的液体体积流量,也可测脉动流量,并可进行双向测量。
 
2.2 电磁流量计的缺点
        (1)使用温度和压力不能太高。具体使用温度与管道衬里的材料发生膨胀、变形、变质的温度有关,一般不超过120℃;最高使用压力取决于管道强度、电极部分的密闭状况以及法兰的规格等,一般使用压力不超过 1.6MPa。(2)应用范围有限。三畅电磁流量计不能用来测量气体、蒸汽和石油制品等非导电流体的流量。
 
2.3 电磁流量计应用的原则
        (1)传感器测量管在使用中被测介质必须满管工作;(2)被测介质在测量管中必须处于低电位;(3)安装位置不会在测量管内造成负压;(4)安装位置不会使测量管内存在气泡;(5)在测量管中介质电导率分布要求大体均匀;(6)被测介质为混合物时,其在测量管中的分布应力求均匀。
 
3 选型不当导致测量误差
3.1 待测液体流速
        电磁流量计可测的流速范围一般为 0.5~10m/s,经济流速范围为 1.5~3m/s。实际使用时要根据待测流量大小及电磁流量计可测流速范围来确定测量管内径。
 
3.2 电极及衬里材料选择
        电极及衬里材料直接与待测液体接触,应根据待测液体的特性(如腐蚀性、磨蚀性等)及工作温度选择电极及衬里材料,如选择不当,则会造成附着速度快、腐蚀、结垢、磨损、衬里变形等问题,进而产生测量误差。
 
3.3 励磁稳定性
        电磁流量计的励磁方式有直流励磁、交流正弦波励磁和双频矩形波励磁等,直流励磁容易产生电极极化和直流干扰问题,交流正弦励磁容易引起零点变动,而双频矩形波励磁既有低频矩形波励磁优良的零点稳定性,又有高频矩形波励磁对流体噪声较强的抑制能力,是一种较理想的励磁方式。实际应用时,应尽量保证电源电压和频率的稳定,以确保磁场强度恒定,减小由于磁场强度变化引起的测量误差。
 
3.4 混合相流体流量测量
        用电磁流量计测量液固混合相流体(如含泥沙的水)的流量时,如果选用由单相液体校准的电磁流量计,则会产生测量误差,此时应选择不会引起液固相分离的直管段处安装传感器。
 
4 电磁流量计测量误差的影响因素及其对策
4.1 待测液的影响因素
        (1)待测液体中含有气泡。这是一种常见现象,气泡的形成有外界吸入(如泵轴密封性变坏、负压端管道连接垫圈泄露等)或液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡析出两种途径,此时测量结果为包括气泡体积的流量,这就导致了测量误差,同时,如果气泡直径大于或等于电极直径,还可造成测量值不稳定,使测量显示值波动。对策:更换安装位置;若安装位置不易更换,可在流量计上游安装集气器,定期排气。
        (2)待测液体非满管。非满管是含有气泡的一种极端情况,此时,如果液面高于电极水平面,前后直管段(可取前 10D,后 5D)比较理想,测量一般是稳定的,但测量结果包含了管内上半部的气体体积,测量误差大;如果液面低于电极水平面,则测量回路处于开路状态,测量结果严重失真。对策:尽量将电磁流量计安装在自下而上流动的垂直管道上;很多情况下电磁流量计水平安装,此时应安装在管道最低端,且电极轴线应平行于地平线(否则处于低位的电极易被沉积物覆盖);传感器应安装在泵的下游、控制阀的上游,以防止测量管内产生负压;传感器安装口应有一定的背压,别离直接排放口太近;选用三畅新型电磁流量计来测量非满管等自由表面自由流动液体流量。
        (3)待测液体电导率剧变。如果被测液体电导率高频率大幅度剧变,则会造成显示值高频大幅波动,甚至无法正常监视或相应控制系统无法正常工作。对策:从流量计下游注入化学物质,如果必须从上游注入时,则要在上游装上足以完成化学反应或保证物料充分混合的直管段或反应器,以保证混合分布足够均匀。
        (4)待测液体电导率太低。被测液体电导率降低,会增加电极的输出阻抗,并由转换器输入阻抗引起负载效应而产生测量误差,如果实际电导率低于下限值(一般为 5μS/cm),则仪器不能正常工作,示值会产生波动。对策:选用其它满足要求的低电导率电磁流量计,如电容式电磁流量计;选用其它原理流量计,如孔板等。
        (5)待测液体非对称流动。通常要求流体在管道内流速为轴对称分布,磁场均匀。而实际上常会出现非轴对称流速分布,任一流向可分为两种流动的组合:一种是沿管道轴线的直线流,它对管道横截面的积分为待测液体的体积流量;另一种是纯粹的旋涡流,它对管道横截面的积分为零,如旋涡流对输出产生影响,即产生误差。对策:上游有足够的直管段(5D 以上,视具体情况而定),以保证流速按同心圆分布;流量计内径应与上下游一定范围内的管道内径相同,否则会使流速分布不均匀;如果上游直管段不足,可安装流量调节器,这样只能作部分补偿。
        (6)测量管内有附着层。电磁流量计在测量有易粘附、沉淀、结垢等非清洁流体的流量时,电极表面和管道内壁常会受到污染。若附着层电导率与流体电导率相近,则不会产生原理性误差,仪表示值还能正常,只是流体实际流通面积有所减小;若附着层为高电导率物质,则会使传感器二电极间电阻变的很小,甚至短路,输出显示负偏差,甚至不能正常工作;若附着层为绝缘性物质,则电极间阻抗增加甚至开路,使误差增大,甚至不能正常工作。对策:尽量选用玻璃或聚四氯乙烯等难附着沉淀的衬里;定期清洗,可采用机械法或化学法;流速不低于 2m/s,最好提高到 3~4m/s 以上,这样在一定程度上可起到自动清洗管道的目的,防止粘附沉淀。
 
4.2 干扰因素
        (1)空间电磁波干扰。因传感器与转换器间的电缆较长且周围有强电磁干扰,则电缆可能引入干扰信号,形成共模干扰,造成显示失真、非线性或大幅晃动。对策:远离强磁场(如大电机、大变压器和电力电缆附近);缩短电缆长度;采用屏蔽措施,包括采用符合要求的屏蔽电缆和将电缆单独穿在接地钢管内(不能与电源线同穿于一根管内)。
        (2)传感器接地。因传感器的输出信号很小,通常只要几毫伏,为了提高抗干扰能力,传感器的零电位必须单独可靠接地,且传感器输出信号接地点应与被测流体电气连接。传感器的接地电阻应小于 10Ω,在连接传感器的管道内涂有绝缘层或采用非金属管道时,传感器两侧应安装接地环,并可靠接地,以使流体接地,流体电位与地电位相同。
        (3)连接电缆。电磁流量计是由特定的电缆将传感器和转换器连成一个系统,电缆长度、绝缘情况、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等都会对测量结果产生影响,严重的还可能使流量计无法正常工作。对策:电缆越短越好,其长度应在允许的范围之内,最大长度由待测液体电导率、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等决定;应避免中间接头,末端应处理好、连接好;尽量使用规定型号的电缆。
 
5 结束语
        电磁流量计是一种使用范围非常广泛的流量检测仪表设备,在工业生产应用过程中起着测量和控制的作用,及时解决电磁流量计测量的影响因素,提高测量精度和准确性,对保证生产过程的测量和控制有着重要意义。