提高電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的工程實(shí)施

提高電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的工程實(shí)施
   摘要: 分析了被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率、流速分布與直管段、電極結(jié)垢與附著層、安裝條件和運(yùn)行環(huán)境5 方面工程因素對(duì)電磁流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量的影響, 提出了提高電磁流量測(cè)量準(zhǔn)確性的工程對(duì)策。從而保證電磁流量計(jì)在工程應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確測(cè)量, 使其充分發(fā)揮其計(jì)量作用, 為流量檢測(cè)提供可靠的測(cè)量數(shù)據(jù).
  關(guān).. 鍵.. 詞: 電磁流量計(jì); 準(zhǔn)確測(cè)量; 工程因素; 工程對(duì)策
    流量測(cè)量廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)試驗(yàn)、國(guó)內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域, 然而, 流量測(cè)量是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù). 由于流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量, 被測(cè)流體的特性復(fù)雜、測(cè)量條件又各不相同, 因此流量測(cè)量的準(zhǔn)確可靠性較難保證. 為了準(zhǔn)確的測(cè)量流量, 人們已研究開(kāi)發(fā)出速度式流量計(jì)、容積流量計(jì)、動(dòng)量式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等幾十種流量計(jì). 其中, 電磁流量計(jì)以其*的性能, 在諸多領(lǐng)域廣泛采用. 但在實(shí)際使用中, 影響流量計(jì)精確測(cè)量的因素較多, 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格, 而實(shí)際卻感覺(jué)計(jì)量.. 不準(zhǔn)..的現(xiàn)象. 本文在確保電磁流量計(jì)本身計(jì)量檢定合格的基礎(chǔ)上, 分析了工程上影響電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的因素, 提出了提高電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的工程實(shí)施方法.
   1 .. 影響電磁流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量因素
   圖1 .. 電磁流量計(jì)工作原理電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)工作的, 即導(dǎo)電流體以平均速度v 流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng), 其感應(yīng)電勢(shì)E 通過(guò)與流體直接接觸的電極( 又稱(chēng)傳感器) 檢測(cè)出來(lái). E = K BvD .. , ( 1) 式中: K 為儀表常數(shù); B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度( T) ; v 為流體運(yùn)動(dòng)平均速度( m/ s) ; D 為管道內(nèi)徑(m) . 當(dāng)K 、B 、D 確定下來(lái)后, E 與v 成正比. 其工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1 所示. 根據(jù)流體的體積流量公式: Q = 1/ 4..D2v .. , ( 2) Q 是v 的正比函數(shù), 代入公式( 1) , 那么E 也是Q 的正比函數(shù), 由此, 測(cè)出了感應(yīng)電壓E 也即測(cè)出了介質(zhì)的體積流量Q. 電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成. 傳感器測(cè)出的感應(yīng)電壓E 由電纜送至轉(zhuǎn)換器, 通過(guò)智能化處理, 然后LCD 顯示, 或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4~ 20 mA 輸出. 根據(jù)以上測(cè)量原理, 實(shí)際使用中, 影響電磁流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量的工程因素主要有以下5 個(gè)方面:
   ( 1) 被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率的影響. 被測(cè)流體的電導(dǎo)率決定了轉(zhuǎn)換器所需的輸入阻抗大小, 流體電導(dǎo)率降低, 電極的輸出阻抗將增加, 并且由轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起負(fù)載效應(yīng)而產(chǎn)生誤差. 因此, 電磁流量計(jì)應(yīng)用中規(guī)定了流體的電導(dǎo)率的下限. 理論上, 把電極看作點(diǎn)電極, 忽略其大小, 實(shí)際上, 電極有一定尺寸, 當(dāng)直徑為d 的圓形電極與電導(dǎo)率為..的半無(wú)限展寬的流體接觸時(shí), 其展寬電阻為1/ ( 2..d ) , 因此, 如果管道直徑D .. d, 則電極的輸出阻抗為兩個(gè)展寬電阻之和, 即等于1/ ( ..d ) . 一般測(cè)量的流體電導(dǎo)率..的下限為5 ~ 10 ..s/ cm, 所以, 若電極直徑d 為1 cm, 則電極的輸出阻抗就為1/ ( ..d ) = 100 ~ 200 k.. , 為使輸出阻抗的影響限制在0. 1% 以下, 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗應(yīng)為200 M .. 左右. 對(duì)于電磁流量計(jì), 選型時(shí)必須考慮流體電導(dǎo)率要大于5 ..s/ cm 的閾值( 即下限值) 要求.
   ( 2) 流速分布與直管段的影響. 根據(jù)公式( 1) 知, 如果流速以中心軸為對(duì)稱(chēng)流動(dòng), 感應(yīng)電勢(shì)與流速分布無(wú)關(guān), 僅正比于平均流速. 若流速為非中心軸對(duì)稱(chēng)分布, 圖2 表示90 ..彎頭與突擴(kuò)管的流線分布與速度剖面, 每個(gè)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于電極幾何位置不同, 對(duì)電極產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小也不同, 越靠近電極, 速度大的質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大, 容易引起誤差, 因此, 必須保證流體流速為中心軸對(duì)稱(chēng). 工程上, 正確的安裝可以減小此類(lèi)誤差. 圖2.. 彎頭及突變管的流速分布盡管電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家不斷追求流量計(jì)本身的精度, 但實(shí)際工程中, 工藝管道中的彎管、閥門(mén)等都會(huì)引起流動(dòng)畸變、二次流或漩渦, 破壞了原有充分均勻的流速分布狀況. 只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的直管段, 才能讓流體恢復(fù)其軸對(duì)稱(chēng)的流速分布. 若實(shí)際工藝管道上下游直管段不足, 可以通過(guò)安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整.
   ( 3) 電極結(jié)垢和附著層的影響. 在測(cè)量如紙漿、污水等非清潔流體時(shí), 電極表面易受污染, 引起零點(diǎn)變動(dòng), 但零點(diǎn)變化和電極污染程度兩者的關(guān)系, 很難進(jìn)行定量分析比較, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn), 電極直徑越小, 所受的影響越少, 在使用中, 應(yīng)注意電極的清污, 以防止附著. 設(shè)在襯里上附著沉淀物時(shí)產(chǎn)生的誤差...., 如果附著的厚度是一樣, 則可由式( 3) 計(jì)算: .... = 1- 2/ [ 1+ ( k ../ kf ) + ( 1 - k../ kf ) * ( 1 - 2t/ D) 2 ] .. , ( 3) 式中: k..、kf 分別為附著物和測(cè)量流體的電導(dǎo)率; t 為附著物厚度; D 為直徑. 若式( 3) 中k.. 和、kf 相等, 則誤差為零, 附著物的電導(dǎo)率較低時(shí), 上式仍然成立, 但會(huì)增加電極的輸出阻抗, 因此受到限制, 如絕緣性沉淀物浸在流體中就是這種情況. 相反, 如附著金屬粉末等, 因高電導(dǎo)率的附著層, 使感應(yīng)電勢(shì)短路, 電極輸出偏低, 造成負(fù)偏差. 在測(cè)量具有沉淀附著物的流體時(shí), 可通過(guò)合理選擇傳感器內(nèi)襯材料等方法減少測(cè)量誤差, 除了選擇如玻璃或聚四氯乙烯等難以附著沉淀的襯里外, 還應(yīng)增加其流速, 流體快速流動(dòng)的同時(shí)能夠起到?jīng)_刷電極、清潔電極的作用, 減少誤差.
  ( 4) 安裝條件的影響. 電磁流量計(jì)要求滿(mǎn)管測(cè)量、流速分布軸對(duì)稱(chēng)、可靠的接地等, 否則可能出現(xiàn)輸出晃動(dòng)、示值不準(zhǔn)等現(xiàn)象. 這可通過(guò)規(guī)范安裝操作以使測(cè)量準(zhǔn)確性得到提高.
   ( 5) 運(yùn)行環(huán)境的影響. 電磁流量計(jì)因輸出信號(hào)較弱, 對(duì)機(jī)械振動(dòng)比較敏感, 測(cè)量結(jié)果易受干擾, 運(yùn)行時(shí), 不允許管道振動(dòng)和周?chē)写蟮碾娖魅珉姾笝C(jī)等.
  2 .. 提高電磁流量測(cè)量準(zhǔn)確性的工程對(duì)策
   2. 1 .. 正確選型
   智能電磁流量計(jì)的選型考慮因素很多, 有儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)等方面的因素, 從測(cè)量準(zhǔn)確性的角度, 可從下面兩方面考慮.
  ( 1) 傳感器口徑選擇. 傳感器口徑的選擇關(guān)系到流體在管道中的流速大小, 影響到輸出電勢(shì)值. 因此, 傳感器口徑不一定與連接的工藝管道口徑相同, 應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用流量而定. 當(dāng)管道內(nèi)流體的流速在1. 5 ~ 3 m/ s, 選擇傳感器口徑的與工藝管道口徑相同即可, 且安裝方便; 當(dāng)管內(nèi)流體流速較低, 低于0. 5 m/ s 時(shí), 儀表口徑應(yīng)改為小于管徑, 以異徑管連接管道.
  ( 2) 襯里、電極材料的選擇要點(diǎn). 電極是電磁流量計(jì)拾取流量信號(hào)的部件, 在測(cè)量過(guò)程中, 只有它和接地環(huán)、接地電極與被測(cè)介質(zhì)接觸, 因此, 為了適應(yīng)不同介質(zhì)的測(cè)量條件, 比如流體介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、磨損性等的要求, 要選用不同的內(nèi)襯、電極材料. 電磁流量計(jì)的內(nèi)襯材料有耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料, 耐磨損性強(qiáng)而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠, 耐腐蝕性能強(qiáng)和適于溫度高的聚四氟乙烯, 化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯, 耐稀酸、堿、鹽的溫度< 60 .. 的聚乙烯和溫度< 100 .. 的聚苯硫醚等.
電磁流量計(jì)電極的材料有耐鹽和小于50% 濃度堿溶液的鈦( Ti) 電極, 耐酸和鹽的鉭( Ta) 電極, 耐腐蝕能力強(qiáng)的貴金屬鉑電極, 不適于鹽酸的哈氏合金C 電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng) 電極, 耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L 等. 電極材料裝于傳感器測(cè)量管內(nèi)壁, 與被測(cè)介質(zhì)直接接觸, 故應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性選定.
   2.2正確安裝
  1) 對(duì)安裝管路的要求. 實(shí)際工程上, 電極平面處的流速分布已同初校時(shí)有較大的差別, 傳感器上游管道連接件的配置是引起特殊的流速分布的因素之一, 使用中就有可能出現(xiàn)量值偏移. 對(duì)傳感器前后直管段的要求是保證流速以中心軸為對(duì)稱(chēng)分布, 獲得儀表測(cè)量精確度的必要條件之一, 國(guó)標(biāo)GB/ T 18659- 2002 等列舉了對(duì)漸縮管、上游閥、圓弧彎頭最小直管段長(zhǎng)度的要求( 見(jiàn)表1) . 表1.. 直管段長(zhǎng)度要求擾流件名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程號(hào)GB/ T 18660 GB/ T 18659 JIS B 7554 ZBN 12007 JJG 198 上游彎管、漸擴(kuò)管10D 或自規(guī)定10D 5D 5D 10D 上游漸縮管10D 或自規(guī)定10D 可視作直管5D 10D 上游其它各種閥10D 或自規(guī)定10D 10D 5D 10D 下游各類(lèi)未提要求5D 未提要求2D 2D 另外, 測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電流體電導(dǎo)率不均勻, 也會(huì)影響電磁流量計(jì)的測(cè)量, 因此, 若工藝要求在管道中加入其他介質(zhì), 則應(yīng)在流量計(jì)下游進(jìn)行. 如果必須在上游進(jìn)行, 應(yīng)在流量計(jì)上游較遠(yuǎn)處注入, 建議在大于50 D 以遠(yuǎn)(D 為測(cè)量管內(nèi)徑) , 以保證流體流動(dòng)均勻后進(jìn)入流量計(jì).
  2) 安裝要保證流體充滿(mǎn)測(cè)量管. 電磁流量計(jì)測(cè)量的流量是電極平面的平均流速與電極斷面的面積的乘積. 只有流體充滿(mǎn)測(cè)量管測(cè)量才準(zhǔn)確. 也就是說(shuō), 在水平安裝時(shí), 流量計(jì)處于部位置的正確安裝方法才能保證流體充滿(mǎn)管道. 對(duì)于固-液、氣-液兩相混相流體, 傳感器應(yīng)以垂直或傾斜姿勢(shì)安裝, 且流體應(yīng)自下而上流動(dòng), 防止當(dāng)傳感器水平安裝時(shí), 固體容易沉淀到管道下部、混相中的氣體分離到上部而造成測(cè)量誤差.
 3) 接液與接地. 因傳感器輸出信號(hào)是電極間的電壓差, 因此要有一個(gè)零電位基準(zhǔn)點(diǎn). 接液是使用電磁流量計(jì)最重要的條件之一, 即以導(dǎo)電液體接地作為信號(hào)的基準(zhǔn)電位點(diǎn). 接地是防止進(jìn)入干擾和安全保護(hù)的有效措施, 傳感器接地極與流體( 信號(hào)基準(zhǔn)零電平) 間容易由地回路引入各種共模干擾電壓, 影響流量計(jì)的使用可靠性和測(cè)量精度. 通過(guò)接地能夠屏蔽靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)引起的噪聲電壓; 減小接地電阻可以降低地回路雜圖3.. 電磁流量計(jì)接地散電流的壓降, 減低共模干擾電壓, 提高測(cè)量精度. 在連接傳感器的管道內(nèi)若涂有絕緣層或是非金屬管道時(shí), 傳感器兩側(cè)應(yīng)裝有接地環(huán). 金屬管道電磁流量計(jì)接地連( 跨) 接方法如圖3. 當(dāng)被測(cè)流體電導(dǎo)率比較高、工藝管線比較長(zhǎng)時(shí), 被測(cè)流體的體電阻幾乎為零, 使用接液電極能夠穩(wěn)定地取得信號(hào)的基準(zhǔn)電位. 當(dāng)測(cè)量比較低的電導(dǎo)率流體時(shí), 被測(cè)流體的體電阻比較高, 若利用接液環(huán)或接液電極接觸面太小, 易產(chǎn)生信號(hào)的不穩(wěn)定. 為此應(yīng)使用接液短管, 加大與流體的接觸面積, 減小流體體電阻.
  4) 盡量避開(kāi)振動(dòng)源、磁源. 由于電磁流量計(jì)的測(cè)量感應(yīng)電壓很小, 電壓較低易受外界電磁噪聲的影響, 故在安裝時(shí)應(yīng)盡可能避開(kāi)振動(dòng)源、磁源, 并進(jìn)行可靠的接地連接. 一般情況要求接地電阻小于100 .. . 對(duì)于防爆產(chǎn)品和防雷擊要求的安裝情況, 接地電阻應(yīng)小于10 ... 同時(shí)應(yīng)注意不能將流量計(jì)的接地接在大的電器設(shè)備, 如變壓器、發(fā)電機(jī)、變頻電源的外殼接地上.
  3. 結(jié)束語(yǔ)智能電磁流量計(jì)在投運(yùn)前, 應(yīng)對(duì)管道及流量計(jì)進(jìn)行*檢查, 包括管道雜物等清理, 電極處干燥處理. 還包括電氣線路的檢查, 首先應(yīng)對(duì)線路的接地進(jìn)行檢測(cè), 確保接地可靠后, 還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測(cè)試. 長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí), 測(cè)量管壁易附著和沉淀物質(zhì), 若附著是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì), 信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作, 若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極污染, 譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等. 非接觸型電極電磁流量計(jì)附著非導(dǎo)電膜層, 儀表仍能工作, 但若為高導(dǎo)電層則不能工作.由于電磁流量計(jì)運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜, 影響其正常工作的工程因素眾多, 調(diào)試技術(shù)需要不斷總結(jié)和更新. 總之, 只要合理選用、正確安裝電磁流量計(jì), 并采取有效的措施加以維護(hù), 就能從工程上降低誤差, 提高測(cè)量的準(zhǔn)確性, 規(guī)范的使用儀表, 還能延長(zhǎng)儀表的使用壽命, 為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計(jì)量數(shù)據(jù).
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