摘要：電磁流量計因其無法比擬的一些優(yōu)點(diǎn)一直持有較高的市場占有率。其結(jié)構(gòu)簡單，流體流過流量計不會產(chǎn)生壓力損耗，可以測量臟污介質(zhì)、渾濁介質(zhì)及腐蝕介質(zhì)的液固兩相流量，測量過程不易受液體的密度、溫度、粘度的影響，測速范圍比較寬。介紹了電磁流量計的基本原理和使用優(yōu)勢，分析了電磁流量計選用時需要考慮的問題，對影響其測量精度的因素提出了提高電磁流量計使用精度的幾種策略，并對主要故障源和故障現(xiàn)象進(jìn)行匯總對比，對于電磁流量計的使用和維護(hù)有一定幫助。
電磁流量計是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。20世紀(jì)50年代初電磁流量計實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,近年來在世界范圍內(nèi)的產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5%~6.5%。因其在測量過程中不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及流動狀態(tài)等變化的影響的優(yōu)點(diǎn),被普遍應(yīng)用于新鮮水以及污水等導(dǎo)電液體的測量中。
1電磁流量計的優(yōu)勢
電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管,因不易阻塞而適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固兩相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。電磁流量計不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失,儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力,節(jié)能效果顯著,對要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。測得的體積流量實際上不受流體密度粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化明顯的影響。與其他大部分流量儀表相比,前置直管段要求較低。測量范圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5~10m/s內(nèi)選定。不必取下作離線實流標(biāo)定。口徑范圍比其他品種流量儀表寬,可達(dá)到3m。可測正反雙向流量。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應(yīng)用于腐蝕性流體。
2基本原理
電磁流量計的設(shè)計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)管中導(dǎo)電的流體被看作導(dǎo)體,管道的內(nèi)徑可看作道導(dǎo)體的長,原理圖如圖1所示，兩電極裝到與管道的中心軸和磁場方向組成的平面相垂直,拾取液體產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢為:.
式中:E為感應(yīng)電動勢;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;v為平均流速;qv為單位時間流過管道的橫截面積液體的體積。
由上式看出瞬時流量只和感應(yīng)電動勢成線性關(guān)系，與其他物理量無關(guān)，這是電磁流量計的優(yōu)點(diǎn)之一。
3選用電磁流量計要考慮的主要因素
3.1液體電導(dǎo)率
電磁流量計使用的前提必須導(dǎo)電,不能低于閾值,常規(guī)流量計閾值一般在10-4~10-6s/m,應(yīng)根據(jù)型號而定。有機(jī)溶劑和石油制品的電導(dǎo)率較低,因此不能用電磁流量計來測量。根據(jù)經(jīng)驗,被測液體的電導(dǎo)率應(yīng)該比儀表廠商所規(guī)定的閾值的數(shù)量級至少要大一個數(shù)量級,否則容易引起測量值波動。
3.2精度等級
電磁流量計精度高的誤差大約為±0.5%~±1%,精度低的流量計大約為±1.5%~±2.5%，價格也相差2倍左右。因此應(yīng)該合理選擇流量計,在精度要求不高的地方，選用價格較低的來減少成本。有的流量計精度更高,但是安裝條件要求很高,如溫度20~22℃,甚至要做實流校準(zhǔn)。
3.3流速和口徑的選擇
流量計的口徑可以不與管徑一致,應(yīng)根據(jù)流量而定。管道的液體經(jīng)濟(jì)流速一般為1.5~3m/s,在這種流速下，流量計的口徑和管徑一致即可。上限流速理論上是不限的,但是如果襯里不能承受流體沖刷建議不超過5m/s。容易沉積結(jié)垢的液體,選用流速應(yīng)不小于2m/s。
4影響電磁流量測量精度的因素
4.1接地環(huán)和電極材質(zhì)的選擇問題
若被測液體和電極或接地環(huán)不匹配引發(fā)故障,除了腐蝕問題，還有電極的表面效應(yīng),主要包括:化學(xué)反應(yīng)、極化現(xiàn)象、觸媒作用。接地環(huán)也同樣有這些問題,不過影響程度小。
4.2管內(nèi)液體不滿管
由于流量計安裝的位置不良或者背壓不足，導(dǎo)致液體不能充滿管道,致使測量值比真實值要小。如果不滿管比較嚴(yán)重，使電極漏出液面,就沒有辦法測量液體了。如果流動是塞狀流或氣泡流,不僅會使測量值不準(zhǔn)，還會由于氣泡瞬間碰到電極表面而造成輸出晃動。
4.3液體中含固相
如果液體中含有顆粒，可能會造成的故障有:電極和襯里表面上覆蓋沉積層、襯里磨損或管道截面積變小。對于有些比較容易結(jié)晶的液體，當(dāng)流體流經(jīng)流量計時易使內(nèi)壁掛有一層固體,所以可選用被測量管路非常短,且容易拆卸的流量計，在結(jié)晶后便于下線處理。
4.4安裝
安裝過程中，應(yīng)該將流量計正負(fù)方向和流體.流向一致。避免安裝在強(qiáng)磁場的地方。流量計不應(yīng)安裝在容易積氣的管道最高點(diǎn),或者自上而下垂直的管路,這樣容易產(chǎn)生排空。流量計下游不應(yīng)直接將液體排入大氣，防止因背壓不足使流量計不滿管。
5提高精度的主要策略
5.1需要實現(xiàn)對電磁流量計傳感器口徑的合理選擇
這一傳感器口徑的選擇將對流體在管道中的流速大小產(chǎn)生決定性影響,同時也會對輸出電勢參數(shù)產(chǎn)生明顯影響,故而在選擇電磁流量計的過程中,并不一定以連接工藝管道的口徑作為選擇指標(biāo)，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際的使用流量進(jìn)行選擇。--般來說，在待安裝管道內(nèi)部流體流動速度在1.5~3.0m/s區(qū)間的情況下，傳感器的口徑需要與待安裝管道口徑保持--致,而在管道內(nèi)部流體流動速度<0.5m/s的情況下，則需要將儀表口徑控制在管道口徑以下標(biāo)準(zhǔn)。
5.2內(nèi)襯和電極材料的選擇
為了適應(yīng)不同介質(zhì)的測量條件,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。若傾向于耐磨損性能,則建議選擇聚氨酯橡膠材料，若傾向于耐腐蝕性能,則傾向選擇聚四氟乙烯材料。
5.3保證被測流體滿管
在對電磁流量計進(jìn)行安裝的過程中,需確保流量計測量管內(nèi)部充滿流動流體。主要依據(jù)是在電磁流量計對管道內(nèi)部流量水平進(jìn)行測量的過程中，所獲取的主要因素包括斷面面積及平面流動速度這兩個方面,以上兩項指標(biāo)之積為電磁流量計最終顯示的測量數(shù)值。故電磁流量計測量管只有在滿溢狀態(tài)下才能確保所獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)可靠。在水平安裝電磁流量計的過程中,需要將流量計置于管道最底部。在此基礎(chǔ)上,針對氣液混合或固液混合的管道而言,除需要按照以上方式進(jìn)行安裝外，還需以傾斜姿態(tài)放置流量計,避免混相流體當(dāng)中的氣體或固體出現(xiàn)分離,影響測量的正確性。
5.4接地和接液
需要做好在電磁流量計安裝過程中接地及接液方面的工作。為確保流量計的平穩(wěn)、可靠運(yùn)行,需設(shè)置一個零電位的基準(zhǔn)點(diǎn)作為參照。在此過程中,接液處理的核心將管道內(nèi)部導(dǎo)電液體接地設(shè)置為零電位的基準(zhǔn)點(diǎn)參照;而同時接地處理的核心是避免電磁流量計在測量流體流速過程中受干擾影響,并對電磁流量計進(jìn)行合理的安全保護(hù)。與此同時,接地處理還能使靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)所可能誘發(fā)的噪聲電壓得到有效抑制,剔除對測量數(shù)據(jù)的干擾。通過對接地電阻水平的控制,使回路雜散電流壓降水平明顯降低,依賴于降低共模干擾電壓的方式。
5.5接地具體要求
傳感器必須單獨(dú)接地(接地電阻100Q以下)。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè),轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了傳感器和接地環(huán)一起接地外，還要用較粗銅導(dǎo)線(16mm2)繞過傳感器跨接管道兩連接法蘭上，使陰極保護(hù)電流與傳感器之間隔離。有時雜散電流過大,如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響流量計的正常測量,則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。同樣有陰極保護(hù)的管線上，陰極保護(hù)電流影響測量時,也可采取本方法。
6主要故障源和故障現(xiàn)象
因外界原因?qū)е聝x表出現(xiàn)故障主要有三個方面:一是現(xiàn)場管道系統(tǒng)及安裝引起的故障;二是由被測介質(zhì)即流體方面引起的故障;三是由現(xiàn)場環(huán)境因素引起的故障。具體分析內(nèi)容見表1。
除了以上故障因素外，根據(jù)維護(hù)使用經(jīng)驗，我們還要關(guān)注因儀表井進(jìn)水、電極老化等因素帶來的故障,從設(shè)計選型階段就應(yīng)考慮傳感器的防護(hù)等級或電極材料。
7結(jié)束語
除選型和安裝方面的質(zhì)量控制措施對于提高電磁流量計正確性有重要影響外，在電磁流量計投人運(yùn)行的后期維護(hù)管理工作中,還需著重做好對電磁流量計電極污染的防治工作，及時對污染區(qū)域進(jìn)行清垢處理,同時定期對接地電阻數(shù)值進(jìn)行測量,以保障電磁流量計能夠在安全范圍內(nèi)可靠、高效的運(yùn)行,獲取精確的測量數(shù)據(jù)。
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