智能型電磁流量計(jì)測(cè)量誤差原因的詳細(xì)分析及解決對(duì)策辦法

 電磁流量計(jì)由于具有許多優(yōu)點(diǎn), 現(xiàn)已被**應(yīng)用于冶金、石化、化工、電力、環(huán)保、廢水及城市公用事業(yè)等許多領(lǐng)域, 在流量計(jì)量中發(fā)揮著巨大的作用。在實(shí)際應(yīng)用中, 電磁流量計(jì)具有非常嚴(yán)格的使用要求, 如果設(shè)備選型、安裝或使用不當(dāng), 則會(huì)引起測(cè)量誤差增大、示值不穩(wěn)。因此, 研究電磁流量計(jì)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的解決辦法就顯得尤為重要。

1 　基本原理         電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律, 即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí), 在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于電磁流量計(jì), 導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)時(shí), 在與流向和磁場(chǎng)垂直方向上會(huì)產(chǎn)生與流量成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 其大小為: E =kBDv (1)          式中:E 為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V), k 為系數(shù);B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T);D 為兩電*間距離(此處為測(cè)量管內(nèi)徑,m);v 為流體流動(dòng)速度(m/s)。如令流體體積流量為qv(m3/s), 則有          將式(2)代入式(1)得:          由此可見, E 與qv 成正比, 此即電磁流量計(jì)測(cè)量流量的理論依據(jù)。

2 　測(cè)量誤差原因剖析及對(duì)策        由式(3)可知, k 、B 和D 的變化以及磁場(chǎng)方向、電*連線與流體流向三者的垂直度都會(huì)引起測(cè)量誤差, 也即造成電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的原因很多, 包括儀表選型、安裝環(huán)境、安裝方法、使用及維護(hù)等諸多因素。

2 .1 　待測(cè)液體中含有氣泡        這是一種常見現(xiàn)象, 氣泡的形成有外界吸入(如泵軸密封性變壞、負(fù)壓端管道連接墊圈泄露等)或液體中溶解氣體(空氣)轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡析出兩種途徑, 此時(shí)測(cè)量結(jié)果為包括氣泡體積的流量, 這就導(dǎo)致了測(cè)量誤差。同時(shí), 如果氣泡直徑大于或等于電*直徑, 還可造成測(cè)量值不穩(wěn)定, 使測(cè)量顯示值波動(dòng),如一臺(tái)DN2200 電磁流量計(jì)因氣泡造成的波動(dòng)可達(dá)20 %～ 50 %。        解決辦法:1)更換安裝位置;2)如安裝位置不易更換, 可在流量計(jì)上游安裝集氣器, 定期排氣。

2 .2 　待測(cè)液體非滿管         非滿管是含有氣泡的一種*端情況, 此時(shí), 如果液面高于電*水平面, 前后直管段(可取前10D 后5D)比較理想, 測(cè)量一般是穩(wěn)定的, 但測(cè)量結(jié)果包含了管內(nèi)上半部的氣體體積, 測(cè)量誤差大;如果液面低于電*水平面, 則測(cè)量回路處于開路狀態(tài), 測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真。         解決辦法:1)盡量將電磁流量計(jì)安裝在自下而上流動(dòng)的垂直管道上;2)很多情況下電磁流量計(jì)水平安裝, 此時(shí)應(yīng)安裝在管道*低端, 且電*軸線應(yīng)平行于地平線(否則處于低位的電*易被沉積物覆蓋);3)傳感器應(yīng)安裝在泵的下游、控制閥的上游, 以防止測(cè)量管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓;4)傳感器安裝口應(yīng)有一定的背壓, 別離直接排放口太近;5)現(xiàn)在已有新型電磁流量計(jì), 可用來測(cè)量非滿管等自由表面自由流動(dòng)液體流量, 如市政工程下水、工業(yè)廢水排放計(jì)量等。 2 .3 　待測(cè)液體電導(dǎo)率劇變         如果被測(cè)液體電導(dǎo)率高頻率大幅度劇變, 則會(huì)造成顯示值高頻大幅波動(dòng), 甚至無(wú)法正常監(jiān)視或相應(yīng)控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。這種現(xiàn)象多見于化工行業(yè)。         解決這種問題的辦法是盡量從流量計(jì)下游注入化學(xué)物質(zhì), 如果必須從上游注入時(shí), 則要在上游裝上足以完成化學(xué)反應(yīng)或保證物料充分混合的直管段或反應(yīng)器, 以保證混合分布足夠均勻。 2 .4 　待測(cè)液體電導(dǎo)率太低         被測(cè)液體電導(dǎo)率降低, 會(huì)增加電*的輸出阻抗(由被測(cè)液體電導(dǎo)率和電*大小決定), 并由轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起負(fù)載效應(yīng)而產(chǎn)生測(cè)量誤差, 如果實(shí)際電導(dǎo)率低于下限值(一般為5μS/cm), 則儀器不能正常工作, 示值會(huì)晃動(dòng)。         解決辦法:1)選用其它滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì), 如電容式電磁流量計(jì);2)選用其它原理流量計(jì), 如孔板等。

2 .5 空間電磁波干擾         如果傳感器與轉(zhuǎn)換器間的電纜較長(zhǎng)且周圍有強(qiáng)電磁干擾, 則電纜可能引入干擾信號(hào), 形成共模干擾, 造成顯示失真、非線性或大幅晃動(dòng)。         解決辦法:1)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)(如大電機(jī)、大變壓器和電力電纜附近);2)盡量縮短電纜長(zhǎng)度;3)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(dú)穿在接地鋼管內(nèi)(不能與電源線同穿于一根管內(nèi))。 2 .6 傳感器接地         傳感器的輸出信號(hào)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(dú)可靠接地, 且傳感器輸出信號(hào)接地點(diǎn)應(yīng)與被測(cè)流體電氣連接。傳感器的接地電阻通常應(yīng)小于10Ψ, 在連接傳感器的管道內(nèi)涂有絕緣層或采用非金屬管道時(shí), 傳感器兩側(cè)應(yīng)安裝接地環(huán), 并可靠接地, 以使流體接地, 流體電位與地電位相同。 2 .7 測(cè)量管內(nèi)有附著層         電磁流量計(jì)常用來測(cè)量有易粘附、沉淀、結(jié)垢等非清潔流體的流量, 電*表面和管道內(nèi)壁常會(huì)受到污染。若附著層電導(dǎo)率與流體電導(dǎo)率相近, 則不會(huì)產(chǎn)生原理性誤差, 儀表示值還能正常, 只是流體實(shí)際流通面積有所減小;若附著層為高電導(dǎo)率物質(zhì), 則會(huì)使傳感器二電*間電阻變的很小, 甚至短路, 輸出顯示負(fù)偏差, 甚至不能正常工作;若附著層為絕緣性物質(zhì), 則電*間阻抗增加甚至開路, 使誤差增大, 甚至不能正常工作。         解決辦法:1)盡量選用玻璃或聚四氯乙烯等難附著沉淀的襯里;2)定期清洗, 可采用機(jī)械法或化學(xué)法;3)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(dòng)清洗管道的目的, 防止粘附沉淀。

2 .8 待測(cè)液體非對(duì)稱流動(dòng)         正常情況下, 要求流體在管道內(nèi)流速為軸對(duì)稱分布, 磁場(chǎng)均勻, E 與v 成正比。而實(shí)際上常會(huì)出現(xiàn)非軸對(duì)稱流速分布, 此時(shí), 任一流向可分為兩種流動(dòng)的組合:一種是沿管道軸線的直線流, 它對(duì)管道橫截面的積分為待測(cè)液體的體積流量;另一種是純粹的旋渦流, 它對(duì)管道橫截面的積分為零, 如旋渦流對(duì)輸出產(chǎn)生影響, 即產(chǎn)生誤差。         解決辦法:1)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;2)流量計(jì)內(nèi)徑應(yīng)與上下游一定范圍內(nèi)的管道內(nèi)徑相同,否則會(huì)使流速分布不均勻;3)如果上游直管段不足,可安裝流量調(diào)節(jié)器, 這樣只能作部分補(bǔ)償。

2 .9 連接電纜問題         電磁流量計(jì)是由特定的電纜將傳感器和轉(zhuǎn)換器連成一個(gè)系統(tǒng), 電纜長(zhǎng)度、絕緣情況、屏蔽層數(shù)、分布電容及導(dǎo)體橫截面積等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,嚴(yán)重的還可能使流量計(jì)無(wú)法正常工作。         解決辦法:1)電纜越短越好, 其長(zhǎng)度應(yīng)在允許的范圍之內(nèi), *大長(zhǎng)度由待測(cè)液體電導(dǎo)率、屏蔽層數(shù)、分布電容及導(dǎo)體橫截面積等決定;2)應(yīng)避免中間接頭, 末端應(yīng)處理好、連接好;3)盡量使用規(guī)定型號(hào)的電纜。 2 .10 電*及襯里材料選擇問題         電*及襯里材料直接與待測(cè)液體接觸, 應(yīng)根據(jù)待測(cè)液體的特性(如腐蝕性、磨蝕性等)及工作溫度選擇電*及襯里材料, 如選擇不當(dāng), 則會(huì)造成附著速度快、腐蝕、結(jié)垢、磨損、襯里變形等問題, 進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量誤差, 所以在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)給于高度重視。 2 .11 勵(lì)磁穩(wěn)定性問題         電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式有直流勵(lì)磁、交流正弦波勵(lì)磁和雙頻矩形波勵(lì)磁等, 直流勵(lì)磁容易產(chǎn)生電**化和直流干擾問題, 交流正弦勵(lì)磁容易引起零點(diǎn)變動(dòng), 而雙頻矩形波勵(lì)磁既有低頻矩形波勵(lì)磁優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性, 又有高頻矩形波勵(lì)磁對(duì)流體噪聲較強(qiáng)的抑制能力, 是一種較理想的勵(lì)磁方式。實(shí)際應(yīng)用時(shí), 應(yīng)盡量保證電源電壓和頻率的穩(wěn)定, 以確保磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定, 減小由于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化引起的測(cè)量誤差。

2 .12 　待測(cè)液體流速問題         電磁流量計(jì)可測(cè)的流速范圍一般為0 .5 ～ 10m/s,經(jīng)濟(jì)流速范圍為1 .5 ～ 3m/s 。實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)待測(cè)流量大小及電磁流量計(jì)可測(cè)流速范圍來確定測(cè)量管內(nèi)徑。 2 .13 混合相流體流量測(cè)量問題         用電磁流量計(jì)測(cè)量液固混合相流體(如含泥沙的水)的流量時(shí), 如果選用由單相液體校準(zhǔn)的電磁流量計(jì), 則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差, 此時(shí)應(yīng)選擇不會(huì)引起液固相分離的直管段處安裝傳感器。 2 .14 電*與勵(lì)磁線圈對(duì)稱性問題         在加工制造過程中, 電磁流量計(jì)的電*與勵(lì)磁線圈要嚴(yán)格對(duì)稱, 否則會(huì)存在不對(duì)稱偏差, 進(jìn)而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響, 造成測(cè)量誤差。 2 .15 安裝點(diǎn)振動(dòng)問題         電磁流量計(jì)對(duì)安裝地點(diǎn)的振動(dòng)有嚴(yán)格要求, 尤其是一體型電磁流量計(jì), 必須安裝在振動(dòng)小的場(chǎng)所,否則會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差, 嚴(yán)重時(shí)儀表不能正常工作。 3 　結(jié)束語(yǔ)         影響電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的因素很多, 但只要深入掌握電磁流量計(jì)的工作原理, 認(rèn)真對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析, 就不難找出合理的減小測(cè)量誤差的辦法, 從而保證電磁流量計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確計(jì)量。