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淺析電磁流量計測量誤差的影響因素及其對策

來源:作者:發表時間:2017-11-22 09:25:54

 摘要:電磁流量計主要用于測量封閉管道中導電液體和漿液的體積流量,技術成熟而且應用廣泛。電磁流量計在流量計量中發揮著巨大的作用,在實際應用中,電磁流量計經常因為設備選型、安裝或使用不當,引起測量誤差增大、示值不穩。基于此,shou先闡述了電磁流量計的工作原理以及電磁流量計的特點及其應用原則,論述了選型不當而導致后期出現測量誤差,對電磁流量計測量誤差的影響因素及其對策進行了探討分析。

 
1 電磁流量計的工作原理
        三暢電磁流量計是根據電磁感應定律來測量導電性液體體積流量的儀表,基于法拉第電磁感應定律,通過磁場作切割磁力線運動時在垂直于磁場及流速的方向上產生感應電勢,其感應電勢正比于平均流速。三暢電磁流量計的優點是壓損極小,可測流量范圍大。
 
2 電磁流量計的特點及其應用原則
2.1 電磁流量計的優點
        (1)測量導管內無可動部件和阻流體,因而無壓損,無機械慣性,所以反應十分靈敏。(2)測量范圍寬,量程比一般為 10:1,**高可達 100:1。流速范圍一般為 1~6m/s,也可擴展到 0.5~10m/s。測量范圍可測每小時幾十毫米到十幾萬立方米。測量管徑范圍從 2mm 到 2400mm,甚至可達3000mm。(3)可測含有固體顆粒、懸浮物(如礦漿、煤粉漿等)或酸、堿、鹽溶液等具有一定電導率的液體體積流量,也可測脈動流量,并可進行雙向測量。
 
2.2 電磁流量計的缺點
        (1)使用溫度和壓力不能太高。具體使用溫度與管道襯里的材料發生膨脹、變形、變質的溫度有關,一般不超過120℃;**高使用壓力取決于管道強度、電極部分的密閉狀況以及法蘭的規格等,一般使用壓力不超過 1.6MPa。(2)應用范圍有限。三暢電磁流量計不能用來測量氣體、蒸汽和石油制品等非導電流體的流量。
 
2.3 電磁流量計應用的原則
        (1)傳感器測量管在使用中被測介質必須滿管工作;(2)被測介質在測量管中必須處于低電位;(3)安裝位置不會在測量管內造成負壓;(4)安裝位置不會使測量管內存在氣泡;(5)在測量管中介質電導率分布要求大體均勻;(6)被測介質為混合物時,其在測量管中的分布應力求均勻。
 
3 選型不當導致測量誤差
3.1 待測液體流速
        電磁流量計可測的流速范圍一般為 0.5~10m/s,經濟流速范圍為 1.5~3m/s。實際使用時要根據待測流量大小及電磁流量計可測流速范圍來確定測量管內徑。
 
3.2 電極及襯里材料選擇
        電極及襯里材料直接與待測液體接觸,應根據待測液體的特性(如腐蝕性、磨蝕性等)及工作溫度選擇電極及襯里材料,如選擇不當,則會造成附著速度快、腐蝕、結垢、磨損、襯里變形等問題,進而產生測量誤差。
 
3.3 勵磁穩定性
        電磁流量計的勵磁方式有直流勵磁、交流正弦波勵磁和雙頻矩形波勵磁等,直流勵磁容易產生電極極化和直流干擾問題,交流正弦勵磁容易引起零點變動,而雙頻矩形波勵磁既有低頻矩形波勵磁優良的零點穩定性,又有高頻矩形波勵磁對流體噪聲較強的抑制能力,是一種較理想的勵磁方式。實際應用時,應盡量保證電源電壓和頻率的穩定,以確保磁場強度恒定,減小由于磁場強度變化引起的測量誤差。
 
3.4 混合相流體流量測量
        用電磁流量計測量液固混合相流體(如含泥沙的水)的流量時,如果選用由單相液體校準的電磁流量計,則會產生測量誤差,此時應選擇不會引起液固相分離的直管段處安裝傳感器。
 
4 電磁流量計測量誤差的影響因素及其對策
4.1 待測液的影響因素
        (1)待測液體中含有氣泡。這是一種常見現象,氣泡的形成有外界吸入(如泵軸密封性變壞、負壓端管道連接墊圈泄露等)或液體中溶解氣體(空氣)轉變成游離狀氣泡析出兩種途徑,此時測量結果為包括氣泡體積的流量,這就導致了測量誤差,同時,如果氣泡直徑大于或等于電極直徑,還可造成測量值不穩定,使測量顯示值波動。對策:更換安裝位置;若安裝位置不易更換,可在流量計上游安裝集氣器,定期排氣。
        (2)待測液體非滿管。非滿管是含有氣泡的一種極端情況,此時,如果液面高于電極水平面,前后直管段(可取前 10D,后 5D)比較理想,測量一般是穩定的,但測量結果包含了管內上半部的氣體體積,測量誤差大;如果液面低于電極水平面,則測量回路處于開路狀態,測量結果嚴重失真。對策:盡量將電磁流量計安裝在自下而上流動的垂直管道上;很多情況下電磁流量計水平安裝,此時應安裝在管道**低端,且電極軸線應平行于地平線(否則處于低位的電極易被沉積物覆蓋);傳感器應安裝在泵的下游、控制閥的上游,以防止測量管內產生負壓;傳感器安裝口應有一定的背壓,別離直接排放口太近;選用三暢新型電磁流量計來測量非滿管等自由表面自由流動液體流量。
        (3)待測液體電導率劇變。如果被測液體電導率高頻率大幅度劇變,則會造成顯示值高頻大幅波動,甚至無法正常監視或相應控制系統無法正常工作。對策:從流量計下游注入化學物質,如果必須從上游注入時,則要在上游裝上足以完成化學反應或保證物料充分混合的直管段或反應器,以保證混合分布足夠均勻。
        (4)待測液體電導率太低。被測液體電導率降低,會增加電極的輸出阻抗,并由轉換器輸入阻抗引起負載效應而產生測量誤差,如果實際電導率低于下限值(一般為 5μS/cm),則儀器不能正常工作,示值會產生波動。對策:選用其它滿足要求的低電導率電磁流量計,如電容式電磁流量計;選用其它原理流量計,如孔板等。
        (5)待測液體非對稱流動。通常要求流體在管道內流速為軸對稱分布,磁場均勻。而實際上常會出現非軸對稱流速分布,任一流向可分為兩種流動的組合:一種是沿管道軸線的直線流,它對管道橫截面的積分為待測液體的體積流量;另一種是純粹的旋渦流,它對管道橫截面的積分為零,如旋渦流對輸出產生影響,即產生誤差。對策:上游有足夠的直管段(5D 以上,視具體情況而定),以保證流速按同心圓分布;流量計內徑應與上下游一定范圍內的管道內徑相同,否則會使流速分布不均勻;如果上游直管段不足,可安裝流量調節器,這樣只能作部分補償。
        (6)測量管內有附著層。電磁流量計在測量有易粘附、沉淀、結垢等非清潔流體的流量時,電極表面和管道內壁常會受到污染。若附著層電導率與流體電導率相近,則不會產生原理性誤差,儀表示值還能正常,只是流體實際流通面積有所減小;若附著層為高電導率物質,則會使傳感器二電極間電阻變的很小,甚至短路,輸出顯示負偏差,甚至不能正常工作;若附著層為絕緣性物質,則電極間阻抗增加甚至開路,使誤差增大,甚至不能正常工作。對策:盡量選用玻璃或聚四氯乙烯等難附著沉淀的襯里;定期清洗,可采用機械法或化學法;流速不低于 2m/s,**好提高到 3~4m/s 以上,這樣在一定程度上可起到自動清洗管道的目的,防止粘附沉淀。
 
4.2 干擾因素
        (1)空間電磁波干擾。因傳感器與轉換器間的電纜較長且周圍有強電磁干擾,則電纜可能引入干擾信號,形成共模干擾,造成顯示失真、非線性或大幅晃動。對策:遠離強磁場(如大電機、大變壓器和電力電纜附近);縮短電纜長度;采用屏蔽措施,包括采用符合要求的屏蔽電纜和將電纜單獨穿在接地鋼管內(不能與電源線同穿于一根管內)。
        (2)傳感器接地。因傳感器的輸出信號很小,通常只要幾毫伏,為了提高抗干擾能力,傳感器的零電位必須單獨可靠接地,且傳感器輸出信號接地點應與被測流體電氣連接。傳感器的接地電阻應小于 10Ω,在連接傳感器的管道內涂有絕緣層或采用非金屬管道時,傳感器兩側應安裝接地環,并可靠接地,以使流體接地,流體電位與地電位相同。
        (3)連接電纜。電磁流量計是由特定的電纜將傳感器和轉換器連成一個系統,電纜長度、絕緣情況、屏蔽層數、分布電容及導體橫截面積等都會對測量結果產生影響,嚴重的還可能使流量計無法正常工作。對策:電纜越短越好,其長度應在允許的范圍之內,**大長度由待測液體電導率、屏蔽層數、分布電容及導體橫截面積等決定;應避免中間接頭,末端應處理好、連接好;盡量使用規定型號的電纜。
 
5 結束語
        電磁流量計是一種使用范圍非常廣泛的流量檢測儀表設備,在工業生產應用過程中起著測量和控制的作用,及時解決電磁流量計測量的影響因素,提高測量精度和準確性,對保證生產過程的測量和控制有著重要意義。
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