摘要:分析了(le)被測介質電導(dǎo)率、流(liú)速(sù)分布與(yǔ)直管(guǎn)段、電(diàn)極結垢與(yǔ)附着層、安(ān)裝條(tiáo)件和(hé)運行(háng)環境5方面工程(chéng)因素對電(diàn)磁(cí)流量計(jì) 準确測量(liàng)的影(yǐng)響(xiǎng),提(tí)出了提高電(diàn)磁流量測量(liàng)準确的工(gōng)程對策。從(cóng)而保(bǎo)證電磁(cí)流(liú)量計(jì)在工(gōng)程應用中(zhōng)能夠準确測量(liàng),使其充分發揮(huī)其計(jì)量作用,爲(wèi)流量檢(jiǎn)測提供(gòng)可靠的測(cè)量數(shù)據.
　　流(liú)量測量廣(guǎng)泛應用于工農(nóng)業生産(chǎn)、國防建(jiàn)設、科學(xué)試(shì)驗、國(guó)内外貿易等各(gè)個領域,然而,流量測量是一項(xiàng)複雜的(de)技(jì)術.由于流量是一個(gè)動态量,被測流(liú)體的(de)特性複雜(zá)、測量條件又各(gè)不相同,因此流(liú)量測量的準确(què)可靠(kào)性(xìng)較難保(bǎo)證.爲了準确的測(cè)量流量,人們(men)已研究(jiū)開(kāi)發出(chū)速度(dù)式流量計(jì)、容積流量計、動(dòng)量式流量計、電(diàn)磁流量計、 超聲(shēng)波流量計(jì) 等幾十種(zhǒng)流量(liàng)計.其(qí)中,電磁流量計(jì)以其良好性能(néng),在諸多領域廣(guǎng)泛采用.但(dàn)在實(shí)際使用(yòng)中,影響(xiǎng)流量計(jì)精(jīng)确測(cè)量的(de)因素(sù)較多(duō),經常(cháng)會出(chū)現流(liú)量計本身(shēn)檢定合格,而實(shí)際卻(què)感覺計量“不準(zhǔn)”的現象.本(běn)文在确保(bǎo)電磁(cí)流量(liàng)計本(běn)身計量檢(jiǎn)定合格的(de)基礎(chǔ)上,分析(xī)了工程(chéng)上影響(xiǎng)電磁流量計測量(liàng)準确(què)的因素,提(tí)出了(le)提高電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計測(cè)量準确的工程實施(shī)方法(fǎ).
1　影響(xiǎng)電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計準确測(cè)量因(yīn)素
　　電磁流量計(jì)是根(gēn)據法(fǎ)拉第(dì)電磁感(gǎn)應定律(lǜ)來(lái)工作(zuò)的(de),即導電流體以平均(jun1)速度(dù)v流過(guò)垂直(zhí)于流動方向的(de)磁場,其感(gǎn)應電(diàn)勢(shì)e通(tōng)過與(yǔ)流體(tǐ)直接接觸(chù)的(de)電極(又稱傳(chuán)感器(qì))檢測(cè)出來(lái).
e=kbvd　,(1)
式中:k爲儀(yí)表常數;b爲(wèi)磁感應強度(t);v爲(wèi)流體(tǐ)運動平均速度(m/s);d爲管道内徑(m).
當k、b、d确(què)定下來(lái)後,e與v成正(zhèng)比.其工作原理和結(jié)構如圖1所(suǒ)示.根(gēn)據流(liú)體的體積(jī)流量公式:
q=1/4πd2v　,(2)
q是v的正比函數(shù),代入(rù)公(gōng)式(1),那(nà)麽e也是(shì)q的正(zhèng)比函數,由此,測出了感應電壓e也(yě)即測出(chū)了介(jiè)質的體積(jī)流(liú)量(liàng)q.

　　電磁(cí)流量計由(yóu)流量傳感器和(hé)轉換(huàn)器兩大部分組成(chéng).傳(chuán)感器(qì)測出(chū)的感(gǎn)應電(diàn)壓e由電纜送至(zhì)轉換(huàn)器(qì),通(tōng)過智(zhì)能化處理(lǐ),然後(hòu)lcd顯示,或轉(zhuǎn)換成(chéng)标準信号4～20ma輸出.根據(jù)以(yǐ)上測量(liàng)原理,實(shí)際使用中,影(yǐng)響電磁流(liú)量計準确(què)測量(liàng)的工(gōng)程(chéng)因素主(zhǔ)要有以下(xià)5個方(fāng)面:
(1)被測介(jiè)質電(diàn)導率的影(yǐng)響.被測(cè)流體的電導(dǎo)率決定了轉換(huàn)器所需的(de)輸入(rù)阻抗大小(xiǎo),流體電導率(lǜ)降(jiàng)低,電(diàn)極(jí)的輸出(chū)阻抗将增(zēng)加(jiā),并且由轉換器輸入阻(zǔ)抗引起(qǐ)負(fù)載效應而(ér)産生誤差.因此(cǐ),電(diàn)磁流量(liàng)計應用中(zhōng)規定(dìng)了流(liú)體的電導(dǎo)率的下(xià)限.理論上,把(bǎ)電(diàn)極看作(zuò)點電極,忽略其(qí)大小,實際上(shàng),電(diàn)極有一(yī)定(dìng)尺寸(cùn),當直(zhí)徑(jìng)爲d的圓形電極(jí)與電導(dǎo)率(lǜ)爲ρ的半無限(xiàn)展寬的流體(tǐ)接觸時(shí),其展寬電(diàn)阻爲1/(2ρd),因此,如果管道直徑(jìng)dd,則電(diàn)極的輸出阻抗爲兩(liǎng)個展寬(kuān)電阻之和,即等于(yú)1/(ρd).一般測量(liàng)的流體電導率(lǜ)ρ的下限爲5～10μs/cm,所(suǒ)以,若電(diàn)極直徑d爲(wèi)1cm,則(zé)電(diàn)極的輸出(chū)阻抗(kàng)就爲1/(ρd)=100～200kΩ,爲使(shǐ)輸出阻抗的影(yǐng)響限(xiàn)制在0.1%以(yǐ)下(xià),轉換(huàn)器的輸入阻抗(kàng)應爲200mΩ左右(yòu).對于(yú)電磁流(liú)量計,選(xuǎn)型時(shí)必須(xū)考慮(lǜ)流體(tǐ)電導率要(yào)大于5μs/cm的(de)阈值(即下限(xiàn)值(zhí))要求.
(2)流(liú)速分(fèn)布(bù)與直管(guǎn)段的(de)影(yǐng)響.根據(jù)公(gōng)式(1)知,如(rú)果流(liú)速以(yǐ)中心(xīn)軸爲對稱流動(dòng),感應電勢與流速分布無關,僅正比(bǐ)于平均流速.若(ruò)流速爲非中(zhōng)心軸對稱(chēng)分布,圖(tú)2表示90°彎頭與突擴管(guǎn)的流線分(fèn)布(bù)與(yǔ)速度剖面,每個流動(dòng)質點(diǎn)相對于(yú)電(diàn)極幾何位(wèi)置不同,對電極産生(shēng)的感應電(diàn)動勢大小(xiǎo)也不同(tóng),越靠近(jìn)電極,速度大的(de)質點所(suǒ)産生的(de)感應(yīng)電(diàn)動勢越(yuè)大,容易引起誤(wù)差,因此,必須保(bǎo)證流體流(liú)速爲中心(xīn)軸對稱.工(gōng)程上(shàng),正(zhèng)确的安(ān)裝可以減小此(cǐ)類誤差。

　　盡管(guǎn)電磁(cí)流量(liàng)計(jì)生(shēng)産廠家不(bú)斷(duàn)追求流(liú)量計本身的精(jīng)度,但實(shí)際工程(chéng)中,工藝管道中(zhōng)的彎管(guǎn)、閥門等(děng)都會引(yǐn)起流動(dòng)畸變(biàn)、二次流或(huò)漩渦,破壞(huài)了原有充(chōng)分均勻的流(liú)速分布(bù)狀況(kuàng).隻有(yǒu)經過(guò)相當(dāng)長的(de)直管段,才(cái)能讓流(liú)體恢複(fú)其軸對稱(chēng)的流速(sù)分布.若實際(jì)工藝管道(dào)上下(xià)遊直管段不足,可以通過(guò)安裝(zhuāng)流動調整(zhěng)器來(lái)調(diào)整.
（3）電(diàn)極(jí)結垢(gòu)和附着層的影(yǐng)響.在(zài)測量(liàng)如紙(zhǐ)漿、污(wū)水(shuǐ)等非清潔流體時,電極表面易受污染(rǎn),引起零點(diǎn)變動,但零點變化和(hé)電極(jí)污染程度(dù)兩者的關系,很(hěn)難進行定(dìng)量分(fèn)析比較(jiào),根據經(jīng)驗,電極直(zhí)徑越(yuè)小,所受(shòu)的影響越少,在使用中(zhōng),應(yīng)注意(yì)電極的(de)清污,以防止附着.
設在(zài)襯裏上(shàng)附着沉(chén)澱(diàn)物時産生的(de)誤差Δε,如(rú)果附着的(de)厚度(dù)是一樣,則可由(yóu)式(3)計算:
Δε=1-2/[1+(kω/kf)+(1-kω/kf)*(1-2t/d)2]　,(3)
式(shì)中:kω、kf分(fèn)别爲(wèi)附着物和(hé)測量流體的電導率(lǜ);t爲附着物(wù)厚度(dù);d爲(wèi)直(zhí)徑(jìng).
　　若式(3)中(zhōng)kω和(hé)、kf相等,則(zé)誤差爲(wèi)零(líng),附着(zhe)物的(de)電導率較(jiào)低時,上式(shì)仍然(rán)成立,但會增加(jiā)電極的輸出阻抗,因(yīn)此受(shòu)到限(xiàn)制,如(rú)絕緣(yuán)性沉澱物(wù)浸在流體(tǐ)中就(jiù)是這(zhè)種情(qíng)況.相反,如附着金屬粉末等,因高電(diàn)導率的附(fù)着層(céng),使感(gǎn)應電(diàn)勢短路,電極輸(shū)出偏低,造成負(fù)偏差.在(zài)測量具(jù)有沉澱附着物(wù)的流(liú)體時,可通(tōng)過合(hé)理(lǐ)選(xuǎn)擇傳(chuán)感器内襯(chèn)材料(liào)等方法減少測量誤(wù)差,除了選(xuǎn)擇(zé)如(rú)玻(bō)璃或聚(jù)四氯乙烯等(děng)難(nán)以附(fù)着(zhe)沉澱的(de)襯裏(lǐ)外,還應增加其流速,流體快(kuài)速流動(dòng)的同(tóng)時能夠起到沖刷電(diàn)極、清(qīng)潔電(diàn)極的作用(yòng),減少(shǎo)誤差(chà).
(4)安裝條件的影響.電磁流(liú)量計要求(qiú)滿管(guǎn)測量、流速(sù)分布軸對(duì)稱、可靠的(de)接地(dì)等,否(fǒu)則可(kě)能現輸出晃動(dòng)、示值不準等現(xiàn)象.這可通過規範安(ān)裝操作以(yǐ)使測量準确得到提(tí)高(gāo).
(5)運行環(huán)境的影響(xiǎng).電磁(cí)流量計因(yīn)輸出信号(hào)較弱,對機(jī)械振動(dòng)比較敏感,測(cè)量結果易(yì)受幹擾,運行時,不允許管(guǎn)道振(zhèn)動和(hé)周圍有大的電器如電焊(hàn)機等.
2　提高(gāo)電磁流量測(cè)量(liàng)準确(què)的工(gōng)程對
2.1正确選型(xíng)
　　電磁流量(liàng)計的(de)選型(xíng)考慮(lǜ)因素(sù)很多,有儀(yí)表性能、流(liú)體(tǐ)特性、安裝條件、環(huán)境條件和經濟(jì)等方(fāng)面的因素(sù),從測量準(zhǔn)确的(de)角度,可從下面(miàn)兩方面考(kǎo)慮.
(1)傳感器口(kǒu)徑選擇(zé).傳感器口(kǒu)徑的選擇關系到流(liú)體在管(guǎn)道中(zhōng)的(de)流速(sù)大小,影響(xiǎng)到輸出(chū)電勢值.因此(cǐ),傳感器口(kǒu)徑不(bú)一定與連(lián)接的工(gōng)藝(yì)管道(dào)口徑相同,應根據實際使用流(liú)量而定.當(dāng)管道(dào)内流體的流速(sù)在1.5～3m/s,選擇傳(chuán)感(gǎn)器口徑(jìng)的與(yǔ)工藝(yì)管道口徑(jìng)相同(tóng)即可,且安裝方(fāng)便;當管内流體(tǐ)流速較低,低于(yú)0.5m/s時,儀(yí)表(biǎo)口徑應改爲(wèi)小于管徑(jìng),以異徑(jìng)管連接管道.
(2)襯(chèn)裏、電極(jí)材料(liào)的選(xuǎn)擇(zé)要點.電極是電磁(cí)流量(liàng)計拾取流量信(xìn)号的(de)部件,在測(cè)量過(guò)程中(zhōng),隻有它(tā)和(hé)接(jiē)地(dì)環、接地電極與被測介(jiè)質接觸(chù),因此,爲(wèi)了适應(yīng)不同介(jiè)質的測(cè)量條件,比(bǐ)如流體介(jiè)質的溫度(dù)、壓力、腐蝕性、磨(mó)損性等的要求(qiú),要(yào)選用不同的(de)内襯(chèn)、電極材料(liào).
　　電磁流量計的(de)内襯(chèn)材料有耐腐蝕性中等、耐(nài)一般(bān)低濃度的(de)酸、堿、鹽(yán)的(de)氯丁(dīng)橡膠材(cái)料(liào),耐磨(mó)損性強而(ér)耐腐蝕性(xìng)能一般的(de)聚(jù)氨脂橡(xiàng)膠,耐(nài)腐蝕性能(néng)強和(hé)适于溫度(dù)高的(de)聚四氟乙烯,化學性質(zhì)等同于聚(jù)四(sì)氟乙烯的(de)抗拉(lā)、抗壓聚全(quán)氟乙丙烯(xī),耐稀(xī)酸、堿、鹽的(de)溫度(dù)<60℃的聚(jù)乙烯和溫(wēn)度<100℃的聚苯硫醚(mí)等.
　　電磁流量計(jì)電極的材(cái)料有耐鹽(yán)和小于50%濃(nóng)度堿(jiǎn)溶液的鈦(tài)(ti)電(diàn)極,耐酸和鹽(yán)的钽(ta)電極(jí),耐腐(fǔ)蝕能(néng)力強(qiáng)的貴(guì)金屬(shǔ)鉑電(diàn)極,不(bú)适于(yú)鹽酸的哈(hā)氏合(hé)金c電極和(hé)不适于(yú)硝酸(suān)的哈氏合金(jīn)b電極(jí),耐腐蝕(shí)能力一般、但(dàn)價格低的(de)不鏽鋼(gāng)316l等.電極(jí)材料(liào)裝(zhuāng)于(yú)傳感(gǎn)器測量管内壁,與被測介質直接接觸,故應根(gēn)據被測(cè)介(jiè)質的(de)腐蝕(shí)性(xìng)選(xuǎn)定(dìng).
2.2　正(zhèng)确安裝
(1)對(duì)安裝(zhuāng)管路的(de)要(yào)求.實(shí)際工程上(shàng),電極平(píng)面處的流速(sù)分布已同(tóng)初(chū)校時有較大的差(chà)别,傳感(gǎn)器上遊管道連接件的配置(zhì)是引起特殊的流速分(fèn)布(bù)的因(yīn)素之(zhī)一,使用中就有(yǒu)可能(néng)出現量(liàng)值(zhí)偏移.對傳感器前後(hòu)直管段(duàn)的要求(qiú)是保(bǎo)證流速以(yǐ)中心軸爲對稱(chēng)分布(bù),獲得儀表(biǎo)測(cè)量精度的必(bì)要條件(jiàn)之一,國(guó)标gb/t18659-2002等列舉(jǔ)了對(duì)漸縮管(guǎn)、上(shàng)遊閥(fá)、圓弧彎(wān)頭最小直管(guǎn)段長度的(de)要求(見表(biǎo)1).

另外(wài),測量管(guǎn)内(nèi)導電(diàn)流體電導率不(bú)均勻,也會(huì)影響(xiǎng)電磁流(liú)量計的(de)測量,因此(cǐ),若(ruò)工(gōng)藝要求(qiú)在(zài)管道(dào)中加(jiā)入(rù)其他介(jiè)質,則(zé)應在(zài)流量計下遊進行.如(rú)果必須在(zài)上遊(yóu)進行,應在流量計上遊(yóu)較遠處注入(rù),建議在大(dà)于50d以遠(d爲(wèi)測量(liàng)管内(nèi)徑),以保證流體流動均勻(yún)後進(jìn)入(rù)流量計(jì).
(2)安裝(zhuāng)要保證流(liú)體充(chōng)滿測量管(guǎn).電磁(cí)流量計測(cè)量的(de)流量(liàng)是電極平面的(de)平均(jun1)流速(sù)與(yǔ)電極斷(duàn)面(miàn)的面(miàn)積的乘(chéng)積.隻(zhī)有流體(tǐ)充(chōng)滿測量管測量(liàng)才準确(què).也就是(shì)說,在(zài)水平安裝(zhuāng)時,流(liú)量計處于(yú)最低部(bù)位(wèi)置(zhì)的(de)正确(què)安裝方法(fǎ)才能保證(zhèng)流體(tǐ)充滿管道.對于(yú)固-液、氣-液兩相(xiàng)混相流(liú)體,傳感(gǎn)器應(yīng)以垂直或(huò)傾斜姿勢安裝,且流體應自下(xià)而上流動,防止(zhǐ)當傳感(gǎn)器水平安裝(zhuāng)時,固(gù)體容(róng)易沉澱到管道下部(bù)、混相中的(de)氣體分(fèn)離(lí)到上(shàng)部而(ér)造成測量(liàng)誤差.
(3)接(jiē)液(yè)與接地.因(yīn)傳感(gǎn)器輸出信号(hào)是電極(jí)間的(de)電壓差,因(yīn)此要有一(yī)個零電位基準(zhǔn)點.接(jiē)液是使用電磁流量計最重要(yào)的條(tiáo)件之(zhī)一,即(jí)以導電液體(tǐ)接(jiē)地作爲信(xìn)号的基準(zhǔn)電位點.接(jiē)地是防止(zhǐ)進入(rù)幹(gàn)擾(rǎo)和安全保(bǎo)護的有效(xiào)措施(shī),傳感器接(jiē)地極(jí)與流體(信号基準零電平(píng))間容(róng)易由地回路引(yǐn)入各(gè)種共模幹(gàn)擾電壓,影(yǐng)響流(liú)量計(jì)的(de)使用可靠性和測(cè)量精度(dù).通過接地能(néng)夠屏蔽(bì)靜(jìng)電感(gǎn)應與電(diàn)磁(cí)感應(yīng)引起的(de)噪聲電壓;減(jiǎn)小接地電(diàn)阻可以降低地(dì)回路雜散電流的壓降(jiàng),減(jiǎn)低共(gòng)模幹擾電壓,提高測量精(jīng)度.在(zài)連(lián)接傳感器的(de)管道(dào)内若塗有(yǒu)絕緣層(céng)或是非(fēi)金屬管(guǎn)道(dào)時,傳(chuán)感器(qì)兩側應裝(zhuāng)有(yǒu)接(jiē)地環(huán).金屬(shǔ)管道電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計接地連(lián)(跨)接(jiē)方法如(rú)圖3.當被(bèi)測流體(tǐ)電導率比(bǐ)較(jiào)高、工藝管(guǎn)線比(bǐ)較長(zhǎng)時,被(bèi)測流體(tǐ)的體電阻幾乎爲(wèi)零,使(shǐ)用接(jiē)液電極能(néng)夠(gòu)穩定地(dì)取得(dé)信号的基(jī)準電(diàn)位.當測量比較(jiào)低的(de)電導率流(liú)體時(shí),被(bèi)測(cè)流體的(de)體電阻比較(jiào)高,若利用(yòng)接(jiē)液(yè)環或接液電極(jí)接觸(chù)面太(tài)小,易(yì)産生信号的不(bú)穩定(dìng).爲此(cǐ)應使(shǐ)用接液短管,加大與流體(tǐ)的接觸面積,減(jiǎn)小流體體電阻(zǔ).

(4)盡(jìn)量(liàng)避開振動源、磁(cí)源.由于電磁流(liú)量計(jì)的測量感(gǎn)應電(diàn)壓很(hěn)小,電(diàn)壓較低易受外界電(diàn)磁噪(zào)聲的(de)影響(xiǎng),故在(zài)安裝時應盡可能避(bì)開振(zhèn)動源、磁源(yuán),并進行可靠的(de)接地連(lián)接(jiē).一般情況要(yào)求接地(dì)電阻(zǔ)小(xiǎo)于100Ω.對于(yú)防(fáng)爆産品(pǐn)和防(fáng)雷擊(jī)要求的安(ān)裝情況,接地電(diàn)阻應小(xiǎo)于10Ω.同時應注意(yì)不(bú)能将流量(liàng)計的(de)接地(dì)接在大的電(diàn)器設備(bèi),如變壓器(qì)、發電(diàn)機、變頻電(diàn)源的外殼接地(dì)上(shàng).
3　結束語
　　電磁流量(liàng)計在投運前,應對管(guǎn)道及流量計(jì)進行徹(chè)底檢查,包括管(guǎn)道(dào)雜(zá)物等清理(lǐ),電極處幹燥處理.還(hái)包(bāo)括電氣(qì)線路的(de)檢查,首先應(yīng)對線路的(de)接地進行檢測(cè),确保接(jiē)地可(kě)靠(kào)後,還(hái)需(xū)進行絕(jué)緣電阻及接地(dì)電阻測試.
　　長期(qī)運(yùn)行(háng)時,測量管(guǎn)壁易附着(zhe)和沉(chén)澱物(wù)質(zhì),若(ruò)附着(zhe)是比液(yè)體(tǐ)電導(dǎo)率高的導電物(wù)質,信号電勢将(jiāng)被短(duǎn)路而(ér)不能(néng)工作(zuò),若是(shì)非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意(yì)電極(jí)污染,譬如選用(yòng)不易(yì)附着尖形(xíng)或半(bàn)球形突出(chū)電極(jí)、可更換式(shì)電極(jí)、刮刀式清垢電(diàn)極等.非(fēi)接(jiē)觸型(xíng)電極(jí)電磁流(liú)量(liàng)計附(fù)着非導電(diàn)膜層,儀表仍能(néng)工作,但若爲高(gāo)導電(diàn)層則不能(néng)工作(zuò).
　　由(yóu)于電磁(cí)流量計運行環(huán)境較爲複雜,影(yǐng)響其(qí)正常(cháng)工作(zuò)的工程因素衆(zhōng)多,調試技(jì)術需(xū)要不斷總(zǒng)結和(hé)更新(xīn).總(zǒng)之,隻要(yào)合理(lǐ)選(xuǎn)用(yòng)、正确安裝(zhuāng)電磁流量(liàng)計,并采取(qǔ)有效的措(cuò)施加(jiā)以維(wéi)護,就能(néng)從工程(chéng)上降低誤差,提(tí)高測量的準确,規範(fàn)的使用儀(yí)表,還能延(yán)長儀(yí)表的(de)使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng),爲生産提供準(zhǔn)确可靠(kào)的(de)計量(liàng)數據.

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